stringtranslate.com

Кордицепс односторонний

Ophiocordyceps unilateralis , широко известный как гриб-зомби-муравей [ 2], является патогенным для насекомых грибом , открытым британским натуралистом Альфредом Расселом Уоллесом в 1859 году. Муравьи-зомби, зараженные грибом Ophiocordyceps unilateralis , в основном встречаются в тропических лесах .

Эти грибы процветают в теплой, влажной среде, которая идеально подходит для их роста и размножения. Однако их также можно найти в теплоумеренных лесных системах . Гриб в первую очередь нацелен на муравьев из трибы Camponotini , включая муравьев-плотников (род Camponotus ).

O. unilateralis заражает муравьев трибы Camponotini , при этом полный патогенез характеризуется изменением поведенческих моделей инфицированного муравья. Зараженные хозяева покидают свои гнезда на пологе леса и тропы добычи пищи для лесной подстилки, области с температурой и влажностью, подходящими для роста грибка; затем они используют свои мандибулы , чтобы прикрепиться к главной жилке на нижней стороне листа, где хозяин остается после своей возможной смерти. [3] Процесс, приводящий к смертности, занимает 4–10 дней и включает репродуктивную стадию, когда плодовые тела вырастают из головы муравья, разрываясь, чтобы высвободить споры грибка. O. unilateralis , в свою очередь, также восприимчив к самой грибковой инфекции, явление, которое может ограничить ее воздействие на популяции муравьев, которые в противном случае, как известно, опустошают колонии муравьев.

Известно, что Ophiocordyceps unilateralis и родственные виды участвуют в активном вторичном метаболизме , в том числе по причинам, связанным с производством веществ, активных как антибактериальные агенты, которые защищают экосистему грибка-хозяина от дальнейшего патогенеза во время размножения грибка. Из-за этого вторичного метаболизма интерес к этому виду проявили химики, работающие с натуральными продуктами , с соответствующим открытием низкомолекулярных агентов (например, семейства поликетидов ), представляющих потенциальный интерес для использования в качестве иммуномодуляторов человека , противоинфекционных и противораковых агентов.

Систематика

После многих лет исследований таксономия Ophiocordyceps unilateralis становится все более ясной.

КордицепспротивКордицепс офиокордицепс

На протяжении всей истории существовала путаница в различии между родами Cordyceps и Ophiocordyceps . Было много споров о том, принадлежал ли гриб-зомби-муравей (и другие грибы) к одному или другому, поскольку Ophiocordyceps был выдвинут лишь недавно.

Род Cordyceps включает более 400 видов, исторически классифицированных в семействе Clavicipitaceae в пределах порядка Hypocreales . Классификация была основана на различных морфологических характеристиках, таких как нитевидные аскоспоры и цилиндрические аски . [4] Когда Cordyceps был впервые классифицирован, не было никаких конкретных доказательств для рода Ophiocordyceps . Однако в 2007 году были проверены важные новые молекулярные данные, которые позволили им реорганизовать семейство Clavicipitaceae. Было обнаружено, что Clavicipitaceae на самом деле представляет собой три отдельных монофилетических семейства: Clavicipitaceae, Cordycipitaceae и Ophiocordycipitaceae. [4]

Новые исследования молекулярной филогенетики противоречили старой классификации и переместили все виды Cordyceps, образующие сестринскую группу с Tolypocladium , в Ophiocordycipitaceae. Грибы, способные паразитировать на муравьях, также были включены в перенос, такие как Cordyceps unilateralis , который позже был переименован в Ophiocordyceps unilateralis . [5] После этого исследования несколько признаков, таких как образование темно-пигментированных, жестких или гибких стромат, были определены как характеристики семейства Ophiocordycipitaceae. [5]

Офиокордицепс односторонний в широком смысле слова

Научное название гриба иногда пишут как Ophiocordyceps unilateralis sensu lato , что означает «в широком смысле», поскольку вид на самом деле представляет собой комплекс многих видов в пределах O. unilateralis . [6]

Поддержка этого термина становится все более важной. В 2011 году была выдвинута гипотеза, что грибок-зомби-муравей на самом деле может быть описан как комплекс видов, которые являются специфичными для хозяина, что означает, что один вид O. unilateralis может успешно заражать и манипулировать только одним видом муравья-хозяина. [3] Существует вероятность, что это привело или усилило репродуктивную изоляцию грибка, что привело к его видообразованию . После этого исследование, проведенное в Бразилии, разграничило, используя морфологические сравнения аскоспор, процессов прорастания и бесполых морфов, четыре различных вида Ophiocordyceps . Впоследствии три новых вида были описаны в бразильской Амазонии, шесть в Таиланде и один в Японии. [7]

Совсем недавно, в 2018 году, 15 новых видов O. unilateralis были описаны на основе классических таксономических критериев и макроморфологических данных с более глубоким акцентом на аскоспоры и бесполую морфологию. Бесполая морфология позволила выделить две разные клады, в основном состоящие из видов, связанных с муравьями , которые они назвали « основной кладой O. unilateralis » и « субкладой O. kniphofioides ». [5]

Дальнейшие анализы проводились с использованием набора различных признаков. Использовались морфологические признаки, включавшие как макроморфологические признаки (например, типичная одиночная строма, возникающая из дорсальной переднеспинки хозяина, аскома (перитеций), растущая из стромы), так и микроскопические признаки (например, морфология аскоспор с точки зрения размера, формы, септирования и прорастания). Кроме того, к анализам были добавлены другие признаки, такие как хозяин и расположение мертвой хватки. [5] Морфологическое исследование привело к выявлению 15 новых видов, 14 из которых были распределены в основной кладе, а один — в подкладе. Более того, было обнаружено, что виды в подкладе O. kniphofioides специализируются на неотропических муравьях, тогда как виды в основной кладе специализируются на видах Camponotini . [5]

Виды в пределах основной клады O. unilateralis , описанные в 2018 году : [5]

Виды в пределах подклада O. kniphofioides , описанные в 2018 году : [5]

Морфология

Схематическое изображение Ophiocordyceps unilateralis, растущего из зараженного муравья-хозяина

Типичная морфология

Гриб зомби-муравья легко распознать, когда его репродуктивная структура становится очевидной на мертвом хозяине, обычно муравье-плотнике. В конце своего жизненного цикла O. unilateralis обычно генерирует одну, жилистую, но гибкую, темно-пигментированную строму, которая возникает из дорсальной области переднеспинки муравья, когда он умирает. [8] Более того, перитеции, спороносная половая структура, можно наблюдать на стебле, чуть ниже его кончика. [4] Этот комплекс образует плодовое тело гриба.

Большинство видов в пределах комплекса видов O. unilateralis sl имеют как половую ( телеоморфу ), так и бесполую ( анаморфу ). Они различаются по своей функции и характеристикам. Как правило, бесполые морфы, идентифицированные для Ophiocordyceps, — это Hirsutella и Hymenostilbe , два рода бесполо размножающихся грибов. [8]

Морфологическая изменчивость

Виды O. unilateralis демонстрируют морфологические вариации, которые, несомненно, обусловлены их широким географическим ареалом, от Японии до Америки. Более того, была выдвинута гипотеза, что их морфологические вариации могут также быть результатом того, что один вид грибка максимизирует свою инфекцию на одном конкретном виде муравья-хозяина (хозяин-специфические инфекции). Различные подвиды муравьев могут встречаться в пределах одной и той же области, что означает, что для того, чтобы сосуществовать, они должны занимать разные экологические ниши . Следовательно, грибки могли эволюционировать на уровне подвида, чтобы максимизировать свою приспособленность . [7]

О. одностороннийосновные кладовые морфологические характеристики

Основная клада O. unilateralis , описанная в 2018 году, имеет отличительные морфологические характеристики. Она демонстрирует одну строму с бесполой морфой Hirsutella , которая возникает из дорсальной области шеи мертвого муравья и производит темно-коричневые перитеции, прикрепленные к его стеблю. [5] Эти виды также узнаваемы по видам хозяев, которых они заражают, а это только виды Camponotini . После того, как хозяин погибает от грибка, его обычно обнаруживают прикрепленным через его мандибулы к поверхности листьев. [5]

О. книфофиоидесморфологические характеристики субклада

Подклад O. kniphofioides , описанный в 2018 году, также имеет отличительные морфологические характеристики. Его виды производят строму, которая растет латерально от грудной клетки хозяина, которая сама генерирует оранжевую аскому . Более того, виды в пределах этого подклада разделяют бесполую морфу Hirsutella . [5] Что касается основной клады, эти виды также узнаваемы по хозяевам, которых они заражают, которые обычно являются неотропическими видами муравьев. Подклад не представляет тот же расширенный фенотип со знаменитой «смертельной хваткой», которую обычно демонстрируют виды O. unilateralis. Их хозяева обычно умирают у основания больших деревьев в амазонских тропических лесах, среди моховых ковров. [5]

Жизненный цикл

В тропических лесах вид муравьев Camponotus leonardi живет в высоком пологе леса и имеет обширную сеть воздушных троп. Иногда разрывы полога леса слишком трудно преодолеть, поэтому тропы муравьев спускаются к лесной почве, где они подвергаются воздействию спор O. unilateralis . Споры прикрепляются к их экзоскелетам и в конечном итоге прорываются с помощью механического давления и ферментов. [8] Как и другие грибы, патогенные для насекомых рода Ophiocordyceps , грибок нацелен на определенный вид хозяина, Camponotus leonardi ; несмотря на это, грибок может паразитировать на других близкородственных видах муравьев с меньшей степенью манипуляции хозяином и репродуктивного успеха. [9]

Дрожжевые стадии грибка распространяются в теле муравья и, предположительно, производят соединения, которые влияют на гемоцель муравья , используя эволюционную черту расширенного фенотипа для манипулирования поведенческими моделями, демонстрируемыми муравьем. [10] Инфицированный муравей демонстрирует нерегулярные по времени судороги всего тела, которые вытесняют его из гнезда на лесной почве. [11]

Изменения в поведении инфицированных муравьев весьма специфичны, что дало начало популярному термину «муравьи-зомби». Поведение настроено на пользу грибку с точки зрения его роста и передачи, тем самым повышая его приспособленность. Муравей взбирается по стеблю растения и использует свои мандибулы с ненормальной силой, чтобы закрепиться на жилке листа, оставляя на ней гантелеобразные отметины. Муравьи обычно прикрепляются к жилке листа на высоте 26  см над лесной почвой [10] на северной стороне растения, в среде с влажностью 94–95% и температурой от 20 до 30 °C (68 и 86 °F). Инфекции могут привести к 20–30 мертвым муравьям на квадратный метр [12] . Когда мертвых муравьев перемещают в другие места и положения, дальнейший вегетативный рост и споруляция либо не происходят, либо приводят к образованию недостаточных и ненормальных репродуктивных структур. [10] В лесах умеренного климата типичное поведение муравьев-зомби заключается в том, чтобы прикрепляться к нижней стороне веток, а не к листьям. [13]

Поиск в базах данных окаменелостей растений выявил похожие следы на ископаемом листе из карьера Мессель , возраст которого составляет 48 миллионов лет. [14] [15] Как только мандибулы муравья прикрепляются к жилке листа, быстро наступает атрофия , разрушающая саркомерные связи в мышечных волокнах и уменьшающая митохондрии и саркоплазматический ретикулярный . Муравей больше не может контролировать мышцы мандибулы и остается неподвижным, висящим вниз головой на листе. Эта черта столбняка широко известна как мертвая хватка и имеет важное значение в жизненном цикле грибка. [11] Исследование, проведенное в Таиланде, показало, что существует синхронизация этого манипулируемого поведения укуса в солнечный полдень. [13]

Затем грибок убивает муравья и продолжает расти, поскольку его гифы проникают в более мягкие ткани и структурно укрепляют экзоскелет муравья. [9] Затем из муравья прорастает больше мицелия , надежно прикрепляя его к растительному субстрату, выделяя антимикробные вещества для предотвращения конкуренции. [9] Когда грибок готов к размножению, его плодовые тела вырастают из головы муравья и разрываются, высвобождая споры. Этот процесс занимает 4–10 дней. [9] Мертвые муравьи находятся в местах, называемых «кладбищами», которые содержат высокую плотность мертвых муравьев, ранее зараженных тем же грибком. [16]

Термин «зомби-муравьи» использовался в популярных СМИ и научных статьях, но его также описывали как «броский, но вводящий в заблуждение». [17] [18]

Натуральные продукты

Схематическое изображение поведенческой манипуляции муравья, вызванной натуральными продуктами, выделяемыми O. unilateralis

Жизненный цикл O. unilateralis включает и зависит от заражения и манипуляции муравья-плотника, в основном C. leonardi . [3] Манипуляция поведением муравья, которая дала начало названию «зомби-муравей», является расширенным фенотипом грибка. Сначала он влияет на поведение муравья с помощью конвульсий, которые заставляют его падать с его высокого гнезда на лесную подстилку. [11] Затем гриб контролирует восхождение муравья и запирание его челюсти (и последующую смерть) на листе примерно в 25 сантиметрах над землей, что считается оптимальной высотой для роста и распространения спор грибка. [11]

На протяжении всего жизненного цикла уникальные проблемы должны быть решены столь же уникальными метаболическими действиями. Грибковый патоген должен надежно прикрепиться к экзоскелету членистоногого и проникнуть в него, избегая или подавляя защитные силы хозяина, затем контролировать поведение хозяина, прежде чем убить его; и, наконец, он должен защитить тушу от микробных атак и атак падальщиков. [8]

Манипулирование поведением муравья было бы невозможно без присутствия огромных популяций грибковых клеток рядом с мозгом хозяина [13] и внутри мышц [19], поскольку они приводят к секреции различных метаболитов, которые, как известно, имеют важные поведенческие последствия. [20] Во время заражения паразит сталкивается с множеством сред, таких как различные ткани хозяина или иммунный ответ . [20] Исследования показали, что O. unilateralis реагирует гетерогенно, секретируя различные метаболиты в зависимости от ткани хозяина, с которой он сталкивается, и от того, живые они или мертвые. [19] Идентификация этих природных продуктов важна для понимания того, какие аспекты муравьев находятся под контролем и, следовательно, как O. unilateralis манипулирует муравьем.

  1. Прикрепление спор O. unilateralis к экзоскелету муравья : Первый шаг, который должен преодолеть O. unilateralis для успешного заражения, — это прикрепление к кутикуле муравья и последующее проникновение в нее. Для этого гифа грибка прокалывает экзоскелет с помощью таких ферментов, как хитиназа , липаза и протеаза , в сочетании с механическим давлением. [8]
  2. Конвульсии и лазание : после того, как грибок проникает в муравья, он размножается, и грибковые клетки обнаруживаются рядом с мозгом хозяина. Как только популяция достигает достаточного размера, грибок выделяет соединения и захватывает центральную нервную систему (ЦНС), что позволяет ему манипулировать муравьем, чтобы достичь лесной подстилки и подняться по растительности. [13]

    Два соединения-кандидата, сфингозин и гуанидиномасляная кислота (GBA), были идентифицированы как ответственные за манипуляцию мозгом хозяина. Оба соединения, как известно, участвуют в различных неврологических расстройствах. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, взаимодействуют ли другие метаболиты грибков с мозгом хозяина, вызывая более высокие уровни сфингозина и GBA. [13]

    Некоторые исследования выявили другое соединение, гипоксантин , присутствующее в высоких внеклеточных концентрациях. Гипоксантин оказывает пагубное воздействие на нервные ткани коры головного мозга, что в контексте зомби-муравьев может указывать на способ, которым грибок изменяет двигательные нейроны муравья, в результате чего влияя на его поведение. [19]
  3. Смертельная хватка : Знаменитая «смертельная хватка», демонстрируемая муравьем, также является результатом манипуляции, вызванной грибком. Это поведение заключается в том, что инфицированный муравей так крепко сжимает свои мандибулы на листе (т. е. кусает его), что муравей не может упасть, когда умирает, вися вниз головой, что, следовательно, обеспечивает правильный рост плодового тела грибка. [20] Это, возможно, является результатом атрофии нижнечелюстных мышц муравья, вызванной секрецией грибковых соединений. В многочисленных исследованиях популяции грибковых клеток были обнаружены в атрофированных тканях нижнечелюстных мышц. Было обнаружено, что эти популяции грибковых клеток связаны между собой посредством анастомозирующих трубочек. Исследователи предположили, что эти гиперсвязанные грибковые сети могут указывать на кооперативность между грибковыми клетками для контроля действий нижнечелюстной мышцы муравья. [21] Другая распространенная среди исследователей гипотеза заключается в том, что грибковые клетки проникают между мышечными волокнами, а затем выделяют химические вещества, которые вызывают атрофию мышц. [19] Значительное снижение концентрации лейцина и количества митохондрий было выявлено у инфицированных муравьев. Дефицит лейцина приводит к предотвращению регенерации мышц, поскольку аминокислота является питательным регулятором синтеза мышечного белка. Уменьшение митохондрий в конечном итоге приводит к снижению уровня энергии и кальция из-за отсутствия АТФ и саркоплазматического ретикулума, который обеспечивает кальций для связывания актина и миозина , что необходимо для мышечных клеток. [19]

Необходимы более глубокие исследования для идентификации других грибковых соединений, вызывающих атрофию мышц нижней челюсти, а также для понимания их точного воздействия на муравья.

Натуральные продукты специфичны для хозяина

Было обнаружено, что воздействие O. unilateralis на хозяина различается в зависимости от вида хозяина. Виды муравьев, которые обычно обнаруживаются инфицированными в природе, демонстрируют манипулируемое поведение, тогда как виды, которые обычно не инфицированы, погибают от инфекции, но их поведение не изменяется. Это, вероятно, связано с гетерогенной природой грибка, который выделяет различные метаболиты в зависимости от вида хозяина. [13]

Географическое распространение и первое известное появление

Во многих исследованиях распространение Ophiocordyceps unilateralis описывается как пантропическое , поскольку он встречается в основном в экосистемах тропических лесов . [6] Однако имеются некоторые сообщения о грибе-зомби-муравье в теплоумеренных экосистемах. [13]

Его распространение включает тропические леса, расположенные в Бразилии, Австралии и Таиланде, а также умеренные леса, расположенные в Южной Каролине, Флориде и Японии. [5]

В карьере Мессель (Германия) была обнаружена окаменелость стебля листа возрастом 48 миллионов лет, на которой видны гантелеобразные отметины, характерные для отметин, оставленных муравьем, схватившим Ophiocordyceps unilateralis . [22]

Эффект хозяина

Когда муравьи, инфицированные O. unilateralis, умирают, они в основном находятся в регионах с высокой плотностью муравьев, которые ранее были подвергнуты манипуляциям и убиты. [16] Эти области называются «кладбищами» и могут иметь радиус от 20 до 30 метров (от 66 до 98 футов) [23] , при этом локальная плотность мертвых муравьев может превышать 25 на квадратный метр (2/кв. фут). [11]

Плотность мертвых муравьев на этих кладбищах может варьироваться в зависимости от климатических условий. Это означает, что условия окружающей среды, такие как влажность и температура, могут влиять на воздействие O.unilateralis на популяцию хозяев. [23] Фактически, исследования описали сезонные закономерности в плотности ранее инфицированных мертвых муравьев, с увеличением в сезон дождей и уменьшением в сухой сезон. [3] Считается, что обильные осадки в начале и конце сезона дождей стимулируют развитие грибков, [3] что приводит к высвобождению большего количества спор и, в конечном итоге, большему количеству особей, которые заражаются и погибают.

Лекарственный потенциал

Ophiocordyceps известны в фармацевтическом мире как важная с медицинской точки зрения группа. [7] Грибы O. unilateralis производят различные известные вторичные метаболиты , а также несколько структурно нехарактеризованных веществ. Сообщается, что эти натуральные продукты исследуются как потенциальные лидеры в усилиях по открытию иммуномодулирующих, противоопухолевых , гипогликемических и гипохолестеринемических целей. [24]

У вида Ophiocordyceps в японских цикадах Ophiocordyceps заменяет симбиотические бактерии в цикадах, помогая хозяину перерабатывать сок в качестве питательных веществ, в отличие от других родственных видов, таких как Ophiocordyceps sinensis , который является традиционным иммуностимулятором и средством лечения рака в тибетской и китайской культуре. [25]

Производные нафтохинона

Производные нафтохинона являются примером вторичного метаболита с важным фармацевтическим потенциалом, производимого O. unilateralis . Шесть известных производных нафтохинона были выделены из O. unilateralis , а именно эритростоминон, дезоксиэритростоминон, 4- O -метилэритростоминон, эпиэритростоминол, дезоксиэритростоминол и 3,5,8-тригидрокси-6-метокси-2-(5-оксогекса-1,3-диенил)-1,4-нафтохинон, которые показали активность в анализах in vitro, связанных с открытием противомалярийных препаратов . [26] [27] В дополнение к противомалярийной активности, все шесть этих вторичных метаболитов, как было показано, обладают противораковой и антибактериальной активностью. [28]

Более того, использование красных пигментов нафтохинона, производимых O. unilateralis, изучалось в качестве красителя для пищевых, косметических и фармацевтических производственных процессов. [29] Фактически, производные нафтохинона, производимые грибком, показывают красный цвет в кислых условиях и фиолетовый цвет в основных условиях. Эти пигменты устойчивы к кислотным / щелочным условиям и свету и не являются цитотоксичными , что делает их применимыми для окрашивания пищевых продуктов и в качестве красителя для других материалов. Эти свойства также делают его главным кандидатом для тестирования на противотуберкулезные препараты у пациентов со вторичным туберкулезом , улучшая симптомы и повышая иммунитет при сочетании с химиотерапевтическими препаратами . [30] [31]

Поликетиды

В 2009 году исследование показало, что O. unilateralis также производит поликетиды. Эти вторичные метаболиты использовались в антибиотиках, таких как патулин , лекарствах для лечения холестерина, таких как компактин , и противогрибковых средствах. Также сообщалось, что поликетиды имеют другие терапевтические эффекты, такие как противоопухолевые, антиоксидантные и антивозрастные действия. [32]

Грибковый гиперпаразит

O. unilateralis страдает от неопознанного грибкового гиперпаразита , о котором в непрофессиональной прессе сообщается как о «грибке-антизомби», из-за которого жизнеспособными оказываются только 6–7% спорангиев , что ограничивает ущерб, который O. unilateralis наносит колониям муравьев. Гиперпаразит атакует O. unilateralis , когда грибковая ножка появляется из тела муравья, что может помешать ножке выпустить свои споры. [33] [34]

Кладбища мертвых муравьев многочисленны и разбросаны по всей окружающей колонии территории. Хотя O. unilateralis очень вирулентна, только около 6,5% всех плодовых тел являются жизнеспособными производителями спор. Это вызвано ослаблением грибка гиперпаразитом, что может ограничить жизнеспособность инфекционных спор. Муравьи также чистят друг друга, чтобы бороться с микроскопическими организмами, которые потенциально могут нанести вред колонии. Дополнительные грибы также оказывают колонии полезную помощь. [34]

Адаптация паразитов

В динамике отношений хозяин–паразит и хозяин, и паразит подвергаются селективному давлению: паразит эволюционирует, чтобы увеличить свою передачу, тогда как хозяин эволюционирует, чтобы избежать заражения паразитом и/или противостоять ему.

Расширенный фенотип

Некоторые паразиты эволюционировали, чтобы манипулировать поведением своего хозяина, чтобы увеличить свою передачу неинфицированным восприимчивым особям, тем самым увеличивая их приспособленность. [23] Эта манипуляция хозяином называется «расширенным фенотипом» паразита и является формой адаптации. Манипуляция хозяином-муравьем O. unilateralis представляет собой один из самых известных примеров расширенных фенотипов. [11]

Расширенный фенотип O. unilateralis обычно изображает зараженного муравья, покидающего свое гнездо в пологе леса и свой обычный путь добычи пищи, чтобы достичь лесной подстилки, а затем поднимающегося примерно на 25 сантиметров (9,8 дюйма) над уровнем земли, высота, которая считается оптимальной для роста грибка из-за уровня влажности и температуры. За этим следует «смертельная хватка» зараженного муравья, как только он достигает места с оптимальными условиями для посмертного развития грибка. Это приводит к тому, что грибок продолжает свой рост и выпускает грибковые споры на лесную подстилку. [20] Затем эти споры будут встречаться муравьям, которые, когда воздушный путь добычи пищи невозможен, должны иногда спускаться на уровень земли. [23] Таким образом, O. unilateralis контролирует поведение муравья, и эта манипуляция представляет собой адаптацию для грибка, где естественный отбор действует на его гены , увеличивая приспособленность грибка. [20]

Соматические инвестиции

Некоторые исследования предложили теорию, согласно которой O. unilateralis имеет другую возможную форму адаптации, которая обеспечивает его повторное воспроизводство. Это было бы критически важно для видов O. unilateralis sl , поскольку они могут производить и выпускать в воздух прозрачные и тонкостенные споры, которые восприимчивы к условиям окружающей среды, таким как УФ-излучение и сухость. [34]

Фактически, исследования показывают, что короткая жизнеспособность спор грибка приводит к необходимости соматических инвестиций (рост/выживание) паразита для поддержания роста плодового тела грибка на его хозяине, тем самым обеспечивая успешное размножение. Для этого O. unilateralis укрепляет труп муравья, чтобы предотвратить его разложение, что, следовательно, обеспечивает рост плодового тела. Таким образом, гриб-зомби-муравей адаптируется к короткой жизнеспособности своих спор, увеличивая их производство, используя мертвого муравья. [34]

Адаптация хозяина

Основные хозяева O. unilateralis выработали адаптивное поведение, способное ограничить частоту контактов между незараженными восприимчивыми хозяевами и инфицированными хозяевами, тем самым снижая риск передачи инфекции.

Основные хозяева O.unilateralis выработали эффективные поведенческие формы социального иммунитета. Муравьи очищают экзоскелеты друг друга, чтобы уменьшить присутствие прикрепленных спор. [11] Кроме того, муравьи могут чувствовать, что член колонии инфицирован; здоровые муравьи переносят инфицированную O.unilateralis особь далеко от колонии, чтобы избежать воздействия спор. Также есть сообщения о том, что большинство рабочих муравьев остаются внутри границ гнезда; это означало бы, что риску заражения подвергаются только фуражиры. [34]

Более того, один из основных хозяев грибка, Camponotus leonardi , предоставил доказательства того, что муравьи-хозяева избегают лесной подстилки в качестве метода защиты. [23] В районах, где присутствует O. unilateralis , C. leonardi строит свои гнезда высоко в пологе леса и имеет широкую сеть воздушных троп. Эти тропы иногда спускаются к уровню земли, где происходит заражение и возникают кладбища из-за слишком сложных для муравьев промежутков в пологе леса. Когда тропы спускаются к лесной подстилке, их длина составляет всего три-пять метров, прежде чем они возвращаются в полог леса. Это демонстрирует избегание муравьями зон заражения. Кроме того, больше доказательств свидетельствует в пользу того, что этот метод защиты является адаптивным, поскольку он не наблюдается в нетронутых лесах, где гриб-зомби-муравей не присутствует. [23]

В художественной литературе

В серии видеоигр The Last of Us Ophiocordyceps unilateralis эволюционировал, чтобы заражать людей, тем самым создавая в игре врагов, похожих на зомби. Кроме того, во втором эпизоде ​​телесериала 2023 года The Last of Us на HBO Max [35] раскрывается, что Ophiocordyceps unilateralis является основной причиной вспышки заражения и последующего краха человеческой цивилизации. В сериале грибок, адаптировавшись к более высоким температурам из-за изменения климата , берет под контроль людей (в отличие от насекомых) в качестве альтернативного хозяина и заставляет их проявлять неустойчивое поведение, такое как желание атаковать и заражать неинфицированных людей. Крейг Мазин , который был соавтором и продюсером сериала, сказал, что все, что сериал предлагает грибам, они делали вечно в реальной жизни. [36]
В романе 2014 года «Девушка со всеми подарками» , его экранизации 2016 года и его приквеле под названием «Мальчик на мосту» — все написанные М. Р. Кэри , штамм Ophiocordyceps unilateralis также способен заражать человеческую популяцию через обмен телесными жидкостями, что приводит к апокалиптическому миру, населенному зомбиподобными «голодными», которые нападают на неинфицированных. Роман «The Genius Plague» Дэвида Уолтона, хотя и не об этом виде конкретно, расширяет идею о грибах, влияющих на животных с помощью грибка, который вторгается в человеческий мозг и влияет на их действия в свою пользу.

В видеоигре Cult of the Lamb есть персонаж-муравей по имени Созо, который, как предполагается, находится под влиянием паразитического грибка, похожего по своей природе на Ophiocordyceps unilateralis . Гриб вырастает из его головы, заставляя его действовать хаотично и одержимо галлюциногенными грибами. Вернувшись в его логово после завершения своей квестовой линии, игрок находит его мертвым на земле, а грибок на его голове раскололся надвое, чтобы распространить свои споры.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Ophiocordyceps unilateralis". MycoBank . Международная микологическая ассоциация . Получено 19 июля 2011 г.
  2. ^ Циммер, Карл (24.10.2019). «После того, как этот грибок превращает муравьев в зомби, их тела взрываются». The New York Times . ISSN  0362-4331 . Получено 30.04.2022 .
  3. ^ abcde Mongkolsamrit S, Kobmoo N, Tasanathai K, Khonsanit A, Noisripoom W, Srikitikulchai P, et al. (Ноябрь 2012 г.). "Жизненный цикл, диапазон хозяев и временная изменчивость Ophiocordyceps unilateralis/Hirsutella formicarum на муравьях Formicine". Журнал патологии беспозвоночных . 111 (3): 217–24. Bibcode : 2012JInvP.111..217M. doi : 10.1016/j.jip.2012.08.007. PMID  22959811.
  4. ^ abc Sung GH, Hywel-Jones NL, Sung JM, Luangsa-Ard JJ, Shrestha B, Spatafora JW (2007). "Филогенетическая классификация кордицепса и грибов-ключицеобразных". Исследования по микологии . 57 (1): 5–59. doi :10.3114/sim.2007.57.01. PMC 2104736. PMID  18490993 . 
  5. ^ abcdefghijkl Araújo JP, Evans HC, Kepler R, Hughes DP (июнь 2018 г.). "Ophiocordyceps. I. Мирмекофильные виды hirsutelloid". Исследования по микологии . 90 : 119–160. doi : 10.1016/j.simyco.2017.12.002 . PMC 6002356. PMID  29910522 . 
  6. ^ ab Evans HC, Elliot SL, Hughes DP (март 2011 г.). «Скрытое разнообразие гриба-зомби Ophiocordyceps unilateralis: четыре новых вида, описанных у муравьев-плотников в Минас-Жерайс, Бразилия». PLOS ONE . ​​6 (3): e17024. Bibcode :2011PLoSO...617024E. doi : 10.1371/journal.pone.0017024 . PMC 3047535 . PMID  21399679. 
  7. ^ abc Evans HC, Araújo JP, Halfeld VR, Hughes DP (июнь 2018 г.). «Эпитипификация и повторное описание гриба-зомби Ophiocordyceps unilateralis (Ophiocordycipitaceae)». Fungal Systematics and Evolution . 1 : 13–22. doi :10.3114/fuse.2018.01.02. PMC 7274273. PMID  32518897 . 
  8. ^ abcde Evans HC, Elliot SL, Hughes DP (сентябрь 2011 г.). «Ophiocordyceps unilateralis: ключевой вид для понимания функционирования экосистемы и биоразнообразия грибов в тропических лесах?». Communicative & Integrative Biology . 4 (5): 598–602. doi : 10.4161/cib.16721. PMC 3204140. PMID  22046474. 
  9. ^ abcd Образец I (18 августа 2010 г.). ««Зомби-муравьи» контролируются паразитическим грибком в течение 48 млн лет». Новости » Наука » Микробиология. The Guardian . Получено 22.08.2010 .
  10. ^ abc Андерсен С.Б., Герритсма С., Юса К.М., Майнц Д., Хайвел-Джонс Н.Л., Биллен Дж. и др. (сентябрь 2009 г.). «Жизнь мертвого муравья: выражение адаптивного расширенного фенотипа». Американский натуралист . 174 (3): 424–33. дои : 10.1086/603640. hdl : 11370/e6374602-b2a0-496c-b78e-774b34fb152b . JSTOR  10.1086/603640. PMID  19627240. S2CID  31283817.
  11. ^ abcdefg Hughes DP, Andersen SB, Hywel-Jones NL, Himaman W, Billen J, Boomsma JJ (май 2011 г.). "Поведенческие механизмы и морфологические симптомы зомби-муравьев, умирающих от грибковой инфекции". BMC Ecology . 11 (1): 13. Bibcode :2011BMCE...11...13H. doi : 10.1186/1472-6785-11-13 . PMC 3118224 . PMID  21554670. 
  12. ^ Attenborough D (3 ноября 2008 г.). «Кордицепс: атака грибов-убийц». Планета Земля . BBC Worldwide . Получено 21 апреля 2013 г.
  13. ^ abcdefg de Bekker C, Quevillon LE, Smith PB, Fleming KR, Ghosh D, Patterson AD, Hughes DP (август 2014 г.). «Видовая специфическая манипуляция мозгом муравья специализированным грибковым паразитом». BMC Evolutionary Biology . 14 (1): 166. Bibcode :2014BMCEE..14..166D. doi : 10.1186/s12862-014-0166-3 . PMC 4174324 . PMID  25085339. 
  14. ^ "Fossil Reveals 48-Million-year History of Zombie Ants". Science Daily . 18 августа 2010 г. Получено 12 сентября 2010 г.
  15. ^ Hughes DP, Wappler T, Labandeira CC (февраль 2011 г.) [18 августа 2010 г.]. «Древние шрамы листьев от смертельной хватки обнаруживают паразитизм муравьев и грибов». Biology Letters . 7 (1): 67–70. doi :10.1098/rsbl.2010.0521. PMC 3030878 . PMID  20719770. 
  16. ^ ab Sobczak JF (2017). «Зомби-муравьи, паразитирующие на грибах Ophiocordyceps camponotiatricipis (Hypocreales: Ophiocordycipitaceae): новое явление и естественная история». Mycosphere . 8 (9): 1261–1266. doi : 10.5943/mycosphere/8/9/1 .
  17. ^ Doherty JF (октябрь 2020 г.). «Когда вымысел становится фактом: преувеличение манипуляции хозяином паразитами». Труды. Биологические науки . 287 (1936): 20201081. doi :10.1098/rspb.2020.1081. PMC 7657867. PMID  33049168 . 
  18. ^ "Восстание зомби-муравьев". www.natureindex.com . 11 января 2021 г. Получено 19 января 2021 г.
  19. ^ abcde Zheng S, Loreto R, Smith P, Patterson A, Hughes D, Wang L (сентябрь 2019 г.). «Специализированные и универсальные грибковые паразиты вызывают отчетливые биохимические изменения в мышцах нижней челюсти своего хозяина». International Journal of Molecular Sciences . 20 (18): 4589. doi : 10.3390/ijms20184589 . PMC 6769763 . PMID  31533250. 
  20. ^ abcde de Bekker C, Merrow M, Hughes DP (июль 2014 г.). «От поведения к механизмам: интегративный подход к манипуляции паразитическим грибом (Ophiocordyceps unilateralis sl) его хозяев-муравьев (Camponotus spp.)». Интегративная и сравнительная биология . 54 (2): 166–76. doi : 10.1093/icb/icu063 . PMID  24907198.
  21. ^ Мангольд, Колин (17 июля 2019 г.). «Смертельная хватка зомби-муравья из-за гиперконтрактурированных мышц нижней челюсти». Журнал экспериментальной биологии . 222 (14): jeb200683. doi :10.1242/jeb.200683. PMC 6679347. PMID  31315924 . 
  22. ^ Хьюз, Дэвид П.; Вапплер, Торстен; Лабандейра, Конрад К. (23.02.2011). «Древние шрамы листьев от смертельной хватки обнаруживают паразитизм муравьев и грибов». Biology Letters . 7 (1): 67–70. doi :10.1098/rsbl.2010.0521. PMC 3030878. PMID 20719770  . 
  23. ^ abcdef Понтоппидан МБ, Химаман В., Хиуэл-Джонс Н.Л., Бумсма Дж.Дж., Хьюз Д.П. (12 марта 2009 г.). «Кладбища в движении: пространственно-временное распределение мертвых муравьев, зараженных офиокордицепсом». ПЛОС ОДИН . 4 (3): е4835. Бибкод : 2009PLoSO...4.4835P. дои : 10.1371/journal.pone.0004835 . ПМЦ 2652714 . ПМИД  19279680. 
  24. ^ Xiao JH, Zhong JJ (2007). «Вторичные метаболиты видов Cordyceps и исследования их противоопухолевой активности». Последние патенты по биотехнологии . 1 (2): 123–37. doi :10.2174/187220807780809454. PMID  19075836.
  25. ^ Лу, Дженнифер (18 апреля 2019 г.). «Как паразитический грибок превращает муравьев в «зомби»». National Geographic . Архивировано из оригинала 18 апреля 2019 г. Получено 24 декабря 2022 г.
  26. ^ Киттакупа П., Пуньяа Дж., Конгсаэри П., Лертверават Ю., Джинтасирикул А., Тантикароена М., Тебтаранонт Ю. (1999). «Биоактивные нафтохиноны из кордицепса одностороннего ». Фитохимия . 52 (3): 453–457. Бибкод : 1999PChem..52..453K. дои : 10.1016/S0031-9422(99)00272-1.
  27. ^ Wongsa P, Tasanatai K, Watts P, Hywel-Jones N (август 2005 г.). «Выделение и культивирование in vitro патогенного грибка Cordyceps unilateralis». Mycological Research . 109 (Pt 8): 936–40. doi :10.1017/S0953756205003321. PMID  16175796.
  28. ^ Amnuaykanjanasin A, Panchanawaporn S, Chutrakul C, Tanticharoen M (август 2011 г.). «Гены, дифференциально экспрессируемые в условиях продуцирования нафтохинона у энтомопатогенного грибка Ophiocordyceps unilateralis». Canadian Journal of Microbiology . 57 (8): 680–92. doi :10.1139/W11-043. PMID  21823977.
  29. ^ Унагул П., Вонгса П., Киттакуп П., Интамас С., Шрикитикульчай П., Тантичароен М. (апрель 2005 г.). «Продуцирование красных пигментов патогенным для насекомых грибом Cordyceps uniternalis BCC 1869». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 32 (4): 135–40. дои : 10.1007/s10295-005-0213-6. PMID  15891934. S2CID  22937549.
  30. ^ Isaka M, Kittakoop P, Kirtikara K, Hywel-Jones NL, Thebtaranonth Y (октябрь 2005 г.). «Биоактивные вещества из патогенных грибов насекомых». Accounts of Chemical Research . 38 (10): 813–23. doi :10.1021/ar040247r. PMID  16231877.
  31. ^ Ван И, Эньлай ДА, Чжун Цзи (2013). «Ретроспективный анализ капсул кордицепса против туберкулеза в сочетании с химиотерапией для 614 случаев вторичного туберкулеза». Журнал традиционной китайской медицины . 15 .
  32. ^ Amnuaykanjanasin A, Phonghanpot S, Sengpanich N, Cheevadhanarak S, Tanticharoen M (июнь 2009 г.). «Синтазы поликетидов, специфичные для насекомых (PKS), потенциальные гибриды PKS-нерибосомальной пептидсинтетазы и новые клады PKS в тропических грибах». Applied and Environmental Microbiology . 75 (11): 3721–32. Bibcode :2009ApEnM..75.3721A. doi :10.1128/AEM.02744-08. PMC 2687288 . PMID  19346345. 
  33. ^ «Исследования показывают, что грибок зомби-муравья находится под угрозой». Университет штата Пенсильвания. 2012-05-02 . Получено 2013-03-04 .
  34. ^ abcde Andersen SB, Ferrari M, Evans HC, Elliot SL, Boomsma JJ, Hughes DP (2 мая 2012 г.). "Динамика заболеваний у специализированного паразита муравьиных сообществ". PLOS ONE . ​​7 (5): e36352. Bibcode :2012PLoSO...736352A. doi : 10.1371/journal.pone.0036352 . PMC 3342268 . PMID  22567151. 
  35. ^ Паршалл, Эллисон. «Может ли грибок зомби в сериале «Одни из нас» действительно заражать людей?». Scientific American . Получено 11 февраля 2023 г.
  36. ^ Геддес, Линда (10 февраля 2023 г.). «Растущая угроза здоровью человека»: мы плохо подготовлены к опасностям грибковых инфекций». The Guardian .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки