Паразиты, изменяющие поведение, — это паразиты, способные вызывать изменения в поведении видов своих хозяев для улучшения передачи , иногда напрямую влияя на механизмы принятия решений и контроля поведения хозяев. Например, паразит, который размножается в промежуточном хозяине, может потребовать, как часть своего жизненного цикла, чтобы промежуточный хозяин был съеден хищником на более высоком трофическом уровне , и некоторые паразиты способны изменять поведение промежуточного хозяина, чтобы сделать такое хищничество более вероятным; [1] [2] механизм, который был назван паразитарным усилением трофического облегчения [3] или паразитарным усилением трофической передачи . [4] Примеры можно найти у бактерий , простейших , вирусов и животных . Паразиты также могут изменять поведение хозяина для повышения защиты паразитов или их потомства; термин манипуляция телохранителем используется для таких механизмов. [5]
Среди поведенческих изменений, вызываемых паразитами, — беспечность, делающая их хозяев легкой добычей. [6] [4] Например, простейшее Toxoplasma gondii заражает мелких грызунов и делает их беспечными и даже может заставить их почувствовать запах кошачьей мочи, что увеличивает риск нападения хищников и вероятность заражения паразитом кошки, своего окончательного хозяина.
Паразиты могут изменять поведение хозяина, заражая его центральную нервную систему или изменяя его нейрохимическую коммуникацию (изучается в нейропаразитологии). [7]
Манипуляции паразитов могут быть как прямыми , так и косвенными . Косвенная манипуляция является наиболее частым методом, используемым паразитами, изменяющими поведение, [8], в то время как прямой подход встречается гораздо реже. Прямая манипуляция — это когда сам паразит воздействует на хозяина и вызывает поведенческий ответ, например, создавая нейроактивные соединения, которые стимулируют ответ в центральной нервной системе хозяина (ЦНС), метод, в основном практикуемый паразитами, которые находятся в ЦНС. [9] Воздействие на нервную систему хозяина является сложным, и манипуляция включает в себя инициирование иммунных каскадов у хозяина. [10] Однако определение причинного фактора затруднено, особенно если изменение поведения является результатом прямой манипуляции со стороны паразита или косвенной реакции иммунной системы хозяина . [9] Прямой подход к поведенческой манипуляции часто очень затратен для паразита, [9] что приводит к компромиссу между преимуществами манипуляции (например, повышением физической формы) и затратами энергии на нее. Более распространенный подход для паразитов заключается в косвенном вызывании поведенческих реакций путем взаимодействия с иммунной системой хозяина [8] для создания необходимых нейроактивных соединений, чтобы вызвать желаемую поведенческую реакцию. [9] Паразиты также могут косвенно влиять на поведение своих хозяев, нарушая их метаболизм , развитие или иммунитет. [9] Паразитические кастраторы радикально изменяют метаболизм и размножение своих хозяев, иногда путем секреции кастрирующих гормонов, изменяя их поведение и физиологию в пользу паразита. [11]
Паразиты могут изменять поведение хозяев таким образом, что увеличивается вероятность передачи инфекции (например, когда хозяин оказывается заглоченным хищником); приводить к высвобождению паразита в подходящих местах (например, из-за изменения предпочтений хозяина в отношении среды обитания); [12] повышать выживаемость паразитов или увеличивать вероятность заражения хозяина большим количеством паразитов.
Вирусы из семейства Baculoviridae вызывают у своих хозяев изменения как в поведении при еде, так и в выборе окружающей среды. Они заражают гусениц моли и бабочки, которые через некоторое время после заражения начинают беспрестанно питаться, обеспечивая вирус питательными веществами для репликации . Когда вирионы («единицы» вируса) готовы покинуть хозяина, гусеница поднимается все выше и выше, пока ее клетки не начнут выделять ферменты, которые «растворяют животное в слизи», сбрасывая вниз комки ткани и вирусного материала для поглощения будущими хозяевами. [13]
Бешенство — это заболевание, вызываемое вирусами рода Lyssavirus , которые попадают в слюну хозяина и передаются при контакте со слизистыми оболочками или открытыми ранами другого животного. Болезнь заставляет хозяина становиться агрессивным и склонным к нападению или укусам других; это, наряду с повышенным слюноотделением, увеличивает вероятность его распространения на новых хозяев. В то же время хозяин испытывает гидрофобию (страх воды) [14] и спазмы гортани [15] , которые мешают ему пить, не давая слюне, содержащей вирус, смываться в желудок или изо рта. [ необходима цитата ]
Малярийный паразит Plasmodium falciparum , переносимый комарами Anopheles gambiae , изменяет влечение хозяина к источникам нектара , чтобы увеличить потребление сахара и повысить шансы паразита на выживание. [ 16] Он также снижает влечение хозяина к человеческой крови во время беременности [13] , но только для того, чтобы усилить его, когда он готов к передаче человеку. [13] [17]
Простейший Toxoplasma gondii заражает животных из семейства кошачьих (его окончательный хозяин ), и его ооцисты выделяются с фекалиями хозяина. Когда грызун потребляет фекалии, он заражается паразитом (становясь его промежуточным хозяином ). Грызун впоследствии становится более экстравертированным и менее боится кошек , что увеличивает его шанс стать хищником и шанс паразита завершить свой жизненный цикл. [18] Есть некоторые доказательства того, что T. gondii , заражая людей , изменяет их поведение аналогично грызунам; это также было связано со случаями шизофрении . [ 19]
Муравьи, зараженные грибком Ophiocordyceps unilateralis, демонстрируют сложное поведение: нерегулярные по времени конвульсии тела заставляют муравья падать на лесную подстилку, [20] откуда он взбирается на растение до определенной высоты [21], прежде чем запереть челюсти в жилке одного из его листьев, отвечая определенным критериям направления, температуры и влажности. Через несколько дней плодовое тело гриба вырастает из головы муравья и разрывается, высвобождая споры гриба. [22]
Вымерший аллокордицепс был обнаружен в янтаре возрастом 50 миллионов лет, где он заразил муравья.
Множественные паразиты увеличивают риск нападения хищников на своего хозяина, чтобы облегчить переход от промежуточного хозяина к окончательному хозяину, в том числе: Euhaplorchis californiensis , [23] Dicrocoelium dendriticum , [23] Diplostomum pseudospathaceum , [ необходима ссылка ] и Myrmeconema neotropicum . [24]
Ланцетовидная печеночная двуустка ( Dicrocoelium dendriticum ) — паразитическая трематода со сложным жизненным циклом. Во взрослом состоянии она обитает в печени своего окончательного хозяина ( жвачных животных ), где и размножается. Яйца паразита передаются с фекалиями хозяина, которые затем поедаются наземной улиткой (первым промежуточным хозяином). Двуустка созревает в молодую стадию в улитке, которая в попытке защитить себя выделяет паразитов в виде «слизевых шариков». «Слизевые шарики» затем поедаются муравьями (вторым промежуточным хозяином). Двуустка манипулирует муравьем, чтобы тот поднялся наверх травы, где у него больше шансов быть съеденным пасущимися жвачными животными. [23]
Трематода Leucochloridium paradoxum созревает внутри улиток рода Succinea . Когда паразит готов перейти на своего окончательного хозяина, птицу, он перемещается в глазные стебельки своего хозяина и начинает пульсировать, привлекая птиц своим поразительным сходством с личинкой насекомого. [25] Он также влияет на обычно ночную улитку, заставляя ее выбираться на открытое пространство днем, чтобы увеличить шансы быть съеденной птицей. [26]
Паразитические трематоды рода Microphallus паразитируют на улитке Potamopyrgus antipodarum в качестве промежуточного хозяина. Паразиты манипулируют поведением улитки при поиске пищи, чтобы увеличить вероятность того, что на нее охотятся окончательные хозяева паразита ( водоплавающие птицы ). Зараженная улитка ищет корм на верхней стороне камней в тот период дня, когда водоплавающие птицы питаются наиболее интенсивно. В остальное время дня улитка ищет корм на дне камней, чтобы снизить риск быть съеденной рыбой (хищниками, не являющимися хозяевами). [27]
Сверчки, зараженные волосатыми червями (Nematomorpha), проявляют светопоглощающее поведение и повышенную скорость ходьбы, что приводит их к открытым пространствам и прудам (поверхность которых отражает лунный свет); сверчки в конечном итоге находят и входят в водоем, где червь выбирается из брюшка сверчка и уплывает. Хотя сверчки часто тонут в процессе, те, кто выживает, демонстрируют частичное восстановление и возвращаются к нормальной деятельности всего за 20 часов. [28]
Schistocephalus solidus — паразитический плоский червь с тремя различными хозяевами: двумя промежуточными и одним окончательным. Во взрослой стадии ленточный червь обитает в кишечнике рыбоядных птиц, где он размножается и выделяет яйца через фекалии птиц. Из яиц вылупляются свободноплавающие личинки, которые, в свою очередь, проглатываются веслоногими рачками (первым промежуточным хозяином). Паразит растет и развивается в ракообразном до стадии, которая может заразить второго промежуточного хозяина, трехиглую колюшку ( Gasterosteus aculeatus ). [29] Окончательный хозяин паразита, птица, затем съедает зараженную трехиглую колюшку, и цикл завершается. Было замечено, что S. solidus изменяет поведение рыбы таким образом, что препятствует ее реакции побега при столкновении с хищной птицей. [30] Эта вызванная паразитом поведенческая манипуляция эффективно увеличивает вероятность того, что она будет съедена ее окончательным хозяином-птицей. Также было замечено, что паразит не вызывает такого поведения, пока не достигнет развитой стадии, которая позволяет ему выживать в птице-хозяине [30] и, следовательно, эффективно снижать собственную смертность из-за преждевременной передачи. [ необходима цитата ]
Изумрудная тараканья оса ( Ampulex compressa ) паразитирует на своем хозяине, американском таракане ( Periplaneta americana ), в качестве источника пищи и для его растущих личинок. Оса жалит таракана дважды: сначала в грудной ганглий , парализуя его передние ноги и позволяя осе нанести второй, более точный укус, прямо в мозг таракана; [31] этот второй укус заставляет таракана чрезмерно вылизываться, прежде чем погрузиться в состояние гипокинезии – «... летаргии, характеризующейся отсутствием спонтанного движения или реакции на внешние раздражители». [32] Затем оса затаскивает бездействующего таракана в свою нору, где откладывает яйцо на его брюшко и закапывает его для питания растущей личинки. Поддержание таракана в гипокинетическом состоянии на этой стадии, а не просто его убийство, позволяет ему дольше оставаться «свежим», чтобы личинка могла им питаться. [33] Взрослая оса появляется через 6 недель, не оставляя после себя ничего, кроме пустой тараканьей «ракушки». [32]
Оса Dinocampus coccinellae является как эндопаразитом , так и эктопаразитом божьих коровок . Оса впрыскивает яйцо в брюшко жука, где личинка питается его гемолимфой . Когда личинка вырастает и готова окукливаться, она покидает своего хозяина, который остается неподвижным, и плетет кокон на его нижней стороне, где она окукливается. Когда приближается хищник, жук дергает конечностями, отпугивая хищника. Такое использование хозяина в качестве защиты было названо манипуляцией телохранителя. [34] [35] Аналогичным образом, несколько паразитических ос побуждают своих хозяев-пауков строить более прочные сети для защиты растущих паразитов. [36]
Паразитическая оса Hymenoepimecis argyraphaga выращивает свои личинки на пауках вида Leucauge argyra . Незадолго до того, как убить своего хозяина, личинка вводит ему химическое вещество, которое изменяет его ткацкое поведение, [37] заставляя его плести прочную, похожую на кокон структуру. Затем личинка убивает паука и проникает в кокон, чтобы окуклиться . [38]
Несколько видов мух рода Pseudacteon паразитируют на огненных муравьях . Муха впрыскивает яйцо в грудную клетку муравья; после вылупления личинка мигрирует в голову муравья, где питается гемолимфой муравья , мышцами и нервной тканью. В этот период некоторые личинки направляют муравья на расстояние до 50 метров от гнезда к влажному, покрытому листьями месту, где они могут безопасно вылупиться. [39] [40] В конце концов личинка полностью пожирает мозг муравья, который часто отваливается (отсюда и прозвище вида: «обезглавливающая муха»). [41] Затем личинка окукливается в пустой головной капсуле, появляясь во взрослую муху через две недели. [42]
Личинки паразитической осы Reclinervellus nielseni прикрепляются к пауку Cyclosa argenteoalba , выделяя вещества, которые изменяют поведение паука при построении паутины таким образом, что он плетет коконоподобную структуру, в которой личинки окукливаются. Это измененное поведение длилось дольше и было тем заметнее, чем дольше личинки были прикреплены к пауку. [43]
Стрепсиптеры семейства Myrmecolacidae могут заставить своего хозяина-муравья задерживаться на кончиках листьев травы, увеличивая вероятность того, что его обнаружат самцы паразита (в случае самок), и предоставляя им выгодное положение для появления самцов (в случае самцов). [44]
Члены отряда Rhizocephala, такие как Sacculina carcini, изменяют гормональный баланс самцов-хозяев, чтобы стимулировать заботливое поведение, подобное тому, которое наблюдается у самок. Паразит обычно проводит всю свою жизнь внутри хозяина; однако, если его удалить из хозяина в лабораторных условиях, самцы-хозяева впоследствии вырастут частичным или полным женским гонадам . [45]
Способы, которыми паразиты вызывают изменения поведения у хозяев, сравнивали с тем, как нейробиолог мог бы осуществить подобное изменение в лаборатории. [46] Ученый может стимулировать определенный путь , чтобы вызвать определенное поведение, например, повышенный аппетит или пониженную тревожность; паразиты также вызывают определенные изменения поведения у своих хозяев, но вместо того, чтобы стимулировать определенные неврологические пути, они, по-видимому, нацелены на более широкие области центральной нервной системы . Хотя приблизительные механизмы , лежащие в основе этого широкого нацеливания, не были полностью охарактеризованы, были идентифицированы два механизма, которые паразиты используют для изменения поведения у позвоночных хозяев: инфицирование центральной нервной системы и измененная нейрохимическая коммуникация. [47]
Некоторые паразиты изменяют поведение хозяина, заражая нейроны в центральной нервной системе хозяина. Центральная нервная система хозяина реагирует на паразита так же, как и на любую другую инфекцию . Отличительными признаками такой реакции являются локальное воспаление и высвобождение химических веществ, таких как цитокины . Сам иммунный ответ отвечает за вызванные изменения поведения во многих случаях паразитарной инфекции. Паразиты, которые, как известно, вызывают изменения поведения через воспаление центральной нервной системы у своих хозяев, включают Toxoplasma gondii у крыс, Trypanosoma cruzi у мышей и Plasmodium mexicanum у мексиканской ящерицы. [47]
В то время как некоторые паразиты эксплуатируют типичные иммунные реакции своих хозяев, другие, по-видимому, изменяют сам иммунный ответ. Например, типичный иммунный ответ у грызунов характеризуется повышенной тревожностью. [48] Инфекция Toxoplasma gondii подавляет эту реакцию, увеличивая риск хищничества со стороны последующих хозяев T. gondii . Исследования показывают, что подавленная тревожная реакция может быть результатом иммунологического повреждения лимбической системы . [46]
Паразиты, вызывающие изменения поведения у своих хозяев, часто используют регуляцию социального поведения в мозге. [47] Социальное поведение регулируется нейротрансмиттерами , такими как дофамин и серотонин , в эмоциональных центрах мозга — в первую очередь в миндалевидном теле и гипоталамусе , и хотя паразиты могут быть способны стимулировать определенные нейрохимические пути, чтобы вызывать изменения поведения, данные свидетельствуют о том, что они изменяют нейрохимическую коммуникацию посредством широкого, а не специфического нацеливания. [46] Например, Toxoplasma gondii прикрепляется к гипоталамусу, а не нацеливается на определенный клеточный путь; это широкое нацеливание приводит к повсеместному повышению уровня дофамина у хозяина, что, в свою очередь, может объяснять потерю отвращения к запаху кошек. [49] В некоторых случаях считается , что T. gondii вызывает повышение уровня дофамина, секретируя другое соединение, L -ДОФА , которое может вызывать повышение уровня дофамина, хотя конкретных доказательств этого механизма пока не было продемонстрировано. [49] Этот рост уровня дофамина вызывает потерю отвращения к запаху кошек у крыс, увеличивая риск нападения со стороны кошек, окончательных хозяев T. gondii . [49] Механистические детали, лежащие в основе повышения уровня дофамина и то, как он влияет на изменение поведения крыс, остаются неясными. [46]
Изумрудная оса-таракан изменяет поведение посредством инъекции яда непосредственно в мозг хозяина, вызывая гипокинезию . [31] [47] Это достигается за счет снижения активности дофамина и октопамина, что влияет на передачу интернейронов, участвующих в реакции побега; [32] поэтому, хотя мозговая схема хозяина, отвечающая за контроль движения, все еще функционирует — и действительно, она будет усердно двигаться, когда ее тянет оса, — нервная система находится в подавленном состоянии. Иными словами: токсин осы влияет не на способность хозяина двигаться, а на его мотивацию к этому.
Первоначальная функция таких выделений могла заключаться в подавлении иммунной системы хозяина, как описано выше. Трематода Schistosoma mansoni выделяет опиоидные пептиды в кровоток хозяина, влияя как на его иммунный ответ, так и на нейронную функцию. [50] Другие источники предполагают возможное происхождение в молекулярной мимикрии . [51]
Нематоды мермитид заражают членистоногих , обитая в их гемоцеле (кровеносной полости) и манипулируя осмоляльностью гемолимфы, чтобы вызвать поведение поиска воды . Способы, с помощью которых они это делают, неизвестны. [52]
Для возникновения сложных жизненных циклов у паразитов добавление промежуточного вида хозяина должно быть выгодным, т. е. приводить к более высокой приспособленности . [53] [54] Вероятно, что большинство паразитов со сложными жизненными циклами произошли от простых жизненных циклов; [55] эволюция от простых к сложным жизненным циклам была проанализирована теоретически, и было показано, что трофически передаваемые паразиты (паразиты, которые передаются от хозяина-жертвы к хозяину-хищнику во время хищничества ) могут быть улучшены добавлением промежуточного хозяина-жертвы, если плотность популяции промежуточного хозяина выше, чем у окончательного хозяина. [55] Дополнительными факторами, которые катализируют этот перенос, являются высокие показатели хищничества и низкий уровень естественной смертности промежуточного хозяина. [55]
Паразиты с одним видом хозяина сталкиваются с проблемой неспособности выживать на более высоких трофических уровнях и, следовательно, умирать вместе со своим хозяином-жертвой. Развитие сложных жизненных циклов, скорее всего, является адаптацией паразита к выживанию в хищнике. [4] Развитие паразита с повышенной трофической передачей является дальнейшей адаптацией по отношению к сложному жизненному циклу, где паразит увеличивает свою передачу окончательному хозяину, манипулируя своим промежуточным хозяином. [53]
Гипотеза адаптивной манипуляции утверждает, что специфические изменения поведения, вызванные у хозяина, могут использоваться паразитами для повышения своей приспособленности . Согласно этой гипотезе, индуцированное поведение является результатом естественного отбора, действующего на расширенный фенотип паразита (в данном случае поведение его хозяина ). Многие виды поведения, вызванные облигатными паразитами для завершения их жизненных циклов, являются примерами адаптивной манипуляции из-за их четкой связи с приспособленностью паразита. Например, данные показали, что заражение паразитическим червем Pomphorhynchus laevis приводит к изменению дрейфового поведения у его промежуточного хозяина , амфипода Gammarus pulex ; это измененное поведение увеличивает риск хищничества его хозяина рыбами, которые являются окончательными хозяевами P. laevis . Таким образом, индуцированное изменение поведения у хозяина приводит к повышению успешности паразита в завершении своего жизненного цикла. [56] В целом, служит ли конкретное изменение поведения адаптивной цели для паразита, хозяина или обоих, зависит от всей «системы хозяин-паразит»: [47] жизненного цикла патогена, его вирулентности и иммунного ответа хозяина. [47]
И наоборот, эволюционное поведение хозяина может быть результатом адаптации к паразитизму. [57]