Кордицепс паразит прорастает сквозь гусеницу

Обновлено: 26.04.2024

Мицелий гриба буквально вытесняет ткани хозяина, а впоследствии выпускает из его тела характерный вырост, имеющий на поверхности маленькие гранулы, которые видны как точки. Часто это образование называют плодовым телом, что не совсем верно, потому что на самом деле это строма — структура, несущая на себе многочисленные плодовые тела — те самые гранулы. Плодовые тела кордицепсов относятся к перитециям — одному из типов плодовых тел аскомицетных грибов. Каждый отдельный перитеций погружен в строму и открывается наружу лишь узким горлышком; внутри него содержатся сумки (аски) с аскоспорами. Аскоспоры у Cordyceps довольно оригинальны: они имеют веретеновидно вытянутую форму и разделены на ряд мелких клеток. Спора, по-видимому, может распадаться на отдельные клетки, каждая из которых способна инфицировать нового хозяина. Форма и цвет стромы может быть самой разнообразной у разных видов кордицепсов: вот, например, на следующем фото серая строма Ophiocordyceps stylophora, напоминающая жгут.

Строма Ophiocordyceps stylophora, растущая из личинки жука щелкуна (Elateridae). Образец определен Евгением Антоновым. Фото © Илья Винер, июль 2016 года, заповедник Кедровая Падь, Приморье. Образец находится в личном фунгарии Евгения Антонова

Найти эти грибы в лесу — непростая задача даже для опытного грибника. Однако, если удалось найти первую строму, то потом глаз начинает регулярно их замечать. Их стоит искать во мху, на земле или на замшелых пнях, в трещинах трухлявой древесины и коры. Обычно выглядывает лишь верхушка стромы, как на фотографии Ophiocordyceps variabilis, но и этого вполне достаточно для того, чтобы найти гриб.

Верхняя часть стромы Ophiocordyceps variabilis на замшелом бревне. Образец определен Евгением Антоновым. Фото © Илья Винер, август 2017 года, Центрально-Лесной заповедник, Тверская область. Образец находится в личном фунгарии Андрея Матвеева

Если аккуратно раздвинуть субстрат под стромой, то можно увидеть хозяина гриба. Чаще всего это насекомое, причем может быть как личинка, так и имаго вроде осы, на которой растет Ophiocordyceps sphecocephala, или бабочки, на которой растет Cordyceps tuberculata. Реже хозяином гриба становятся другие беспозвоночные — так, например, Cordyceps ignota паразитирует на тарантулах (Lycosa spp.), а Metacordyceps chlamydosporia можно найти на слизнях.

Внизу — строма Ophiocordyceps variabilis, растущая из личинки мухи стволоедки (Xylophagidae), август 2017 года, Центрально-Лесной заповедник. Слева — строма Ophiocordyceps sphecocephala, растущая из имаго осы (Vespidae), справа — стромы Cordyceps tuberculata, растущие из имаго ночной бабочки, июль 2016 года, заповедник Кедровая Падь, Приморье. Образцы определены Евгением Антоновым и находятся в личных фунгариях Андрея Матвеева и Евгения Антонова. Фото © Илья Винер

Как и многие другие высшие грибы, кордицепсы в жизненном цикле обладают не только половой стадией, на которой образуются споры в результате мейотического, или редукционного, деления, но и бесполой, на которой споры образуются без редукционного деления — так называемые конидии. На этой стадии некоторые грибы могут образовывать вполне заметные невооруженным глазом макроскопические структуры — коремии, образующиеся путем группировки конидиеносцев, несущих конидии, как на фото ниже.

Коремии гриба, предположительно относящегося к семейству Cordycipitaceae, растущие из цикадки (Cicadellidae). Фото © Илья Винер, июль 2016 года, заповедник Кедровая Падь, Приморье. Образец находится в личном фунгарии Евгения Антонова

Другие же виды грибов не образуют на этой стадии макроскопических структур, то есть их бесполая стадия представлена микроскопическими грибами, как, например, бесполая стадия Tolypocladium inflatum. Половая же его стадия со стромой паразитирует на личинках жуков навозников. Правда, она очень редка, о ее находке сообщали не более десятка раз.

Строма Tolypocladium inflatum на личинке жука навозника. Фото с сайта plantpath.cornell.edu

В заключение отметим, что самое большое разнообразие грибов этой группы на территории России приходится на относительно небольшую территорию заповедника Кедровая Падь, расположенного в Южном Приморье, в непосредственной близости от Китая и Северной Кореи. Заповедник обладает уникальными характеристиками температурно-влажностного режима, подходящими как многим тропическим и субтропическим видам, так и таежным. Здесь можно обнаружить более двух десятков видов кордицепсов, что в разы больше, чем в любом другом регионе на территории России.

Фото © Илья Винер, июль 2016 года, заповедник Кедровая Падь, Приморье. Образец находится в личном фунгарии Евгения Антонова.

Рис. 1. Графическая реконструкция мышечного волокна муравья, оплетенного трехмерной сетью паразитического гриба Ophiocordyceps unilateralis. Желтым цветом обозначены гифальные тельца и соединяющие их гифы. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

Американские биологи выяснили, что паразитический гриб кордицепс однобокий, превращающий муравьев-древоточцев в послушных зомби, образует внутри их тела трехмерную сеть. Эта сеть оплетает все внутренние органы муравья, включая отдельные мышечные волокна, однако не заходит в мозг. Получается, для сложного манипулирования поведением хозяина паразиту совершенно не обязательно проникать в его центральную нервную систему.

Энтомопатогенный гриб-аскомицет кордицепс однобокий (Ophiocordyceps unilateralis), который развивается в муравьях-древоточцах (Camponotus), служит ярким примером примитивного паразита, подчиняющего своим нуждам высокоорганизованное существо. Спустя 2–3 недели после попадания в организм муравья гриб заставляет его покинуть гнездо, вцепиться челюстями в жилку на нижней стороне какого-нибудь листка и затем умереть в такой позе (рис. 2). При этом муравей-зомби по наущению гриба выбирает строго определенное место для своей смерти: на северной стороне растения на высоте 20–30 см над землей. Именно там влажность и температура оптимальны для развития спор в плодовом теле, которое вырастает из головы умершего насекомого (см. S. Andersen et al., 2009. The life of a dead ant: the expression of an adaptive extended phenotype).

Рис. 2. Мертвый муравей-древоточец, из головы которого выросло плодовое тело O. unilateralis. Фото с сайта nsf.gov

Аналогичным образом были изучены и муравьи-древоточцы, зараженные грибом боверия бассиана (Beauveria bassiana). Этот гриб относится к тому же порядку гипокрейных, что и гриб-манипулятор O. unilateralis, но, в отличие от него, не видоизменяет поведение хозяина специальным образом. На примере боверии ученые попытались понять, как ведет себя в муравье обычный энтомопатогенный гриб, чтобы при работе с O. unilateralis не спутать общие синдромы грибного заражения с эффектами, связанными с манипуляторным воздействием.

Выяснилось, что клетки и того и другого гриба присутствуют в мышцах головы и конечностей муравья (рис. 3), а также в груди и брюшке. Единственное отличие состоит в их концентрации — клетки гриба-манипулятора O. unilateralis в среднем занимают 10% объема всей мышечной ткани, тогда как для B. bassiana этот показатель составляет всего 2%. Но в обоих случаях гриб вызывает мышечную атрофию — у зараженного муравья формируются зазоры между мышечными волокнами. В ряде случаев грибные гифы прорастают сквозь мембрану прямо внутрь мышечного волокна.

Рис. 3. Приводящая мышца челюстей (A) и мускулатура конечностей (D) здорового муравья-древоточца. Аналогичные мышцы муравья, пораженного грибом B. bassiana (B, E) и грибом O. unilateralis (C, F). Бросаются в глаза промежутки между мышечными волокнами инфицированных муравьев, а также более высокая концентрация клеток O. unilateralis по сравнению с B. bassiana. Длина масштабного отрезка — 50 мкм. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS

Ранее ученые предполагали, что гриб O. unilateralis специально провоцирует атрофию челюстных мышц муравья, чтобы тот не мог разжать свою смертельную хватку и умер от истощения (см. D. P. Hughes et al., 2011. Behavioral mechanisms and morphological symptoms of zombie ants dying from fungal infection). Но теперь ясно, что такая атрофия является лишь побочным эффектом жизнедеятельности паразита. Мышцы насекомого представляют особую ценность для любого паразитического гриба как источник энергии — вспомним, как много в них располагается митохондрий. Поэтому неудивительно, что клетки O. unilateralis в большом количестве сосредоточены именно в челюстных мышцах муравья, которые являются самыми массивными в его организме (рис. 4).

Рис. 4. Мышцы муравья-древоточца, зараженные грибом O. unilateralis. A — гифальные тельца (HB) и связывающие их гифы (треугольники) между мышечными волокнами (М) в челюсти муравья. Длина масштабного отрезка — 50 мкм. B — цитоплазматические мостики (стрелки), соединяющие соседние гифальные тельца. Длина масштабного отрезка — 10 мкм. С — гифы (стрелки), вросшие внутрь мышечных клеток. Длина масштабного отрезка — 1 мкм. D — диаметры кружков показывают относительную долю гифальных телец, связанных друг с другом одним или несколькими гифами. Красным цветом показаны гифальные тельца, расположенные в мышцах головы муравья, синим — в мышцах конечности. Цифры по оси ординат означают номера изученных муравьев, звездочками отмечены зараженные муравьи, собранные мертвыми. E — диаметр черных кружков обозначает относительное число мышечных волокон муравья, в которые вросли один или несколько грибных гиф. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

Несмотря на общее сходство в расположении грибных клеток, гриб-манипулятор O. unilateralis, в отличие от B. bassiana, выстраивает из них трехмерную сеть. Примерно 59% всех гифальных телец этого гриба соединены нитями-гифами по крайне мере с одним из своих соседей. В результате гифальные тельца (внешне они похожи на дрожжевые клетки и размножаются почкованием) могут координировать свою активность, обмениваться питательными веществами и синхронно выделять в окружающие ткани особые соединения. Не в этом ли согласованном поведении грибных клеток и кроется секрет его манипулятивного воздействия?

Фактически, гриб O. unilateralis изменяет поведение муравьев схожим образом, но находясь на периферии их тела. В этом отношении кордицепс однобокий отличается и от самого знаменитого паразита-манипулятора — токсоплазмы. Под действием этих простейших грызуны перестают бояться кошек и, более того, начинают испытывать сексуальное возбуждение от запаха их мочи (см. P. K. House et al., 2011. Predator сat odors activate sexual arousal pathways in brains of Toxoplasma gondii infected rats). В итоге резко увеличивается вероятность встречи таких грызунов с кошкой — окончательным хозяином токсоплазмы. Но, опять же, токсоплазма воздействует на поведение грызуна, внедряясь в гиппокамп и миндалевидные тела в его мозгу (см. J. Gatkowska et al., 2012. Behavioral changes in mice caused by Toxoplasma gondii invasion of brain). А грибу O. unilateralis удается контролировать работу нервной системы хозяина дистанционно.

Источник: Maridel A. Fredericksen, Yizhe Zhang, Missy L. Hazen, Raquel G. Loreto, Colleen A. Mangold, Danny Z. Chen, David P. Hughes. Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants // PNAS. 2017. DOI: 10.1073/pnas.1711673114.

Последние несколько лет тема зомби набирает все большей популярности. Всё чаще устраиваются флешмобы ходячих мертвецов, снимаются фильмы и сериалы, выпускаются видеоигры, комиксы, игрушки и т.д. Но мало кто знает, что зомби действительно существуют, правда, не в таком виде, как мы привыкли их представлять. Их можно встретить в тропических лесах: это муравьи и другие мелкие насекомые. Они становятся зомби после того, как их настигает кордицепс — гриб, управляющий их телом.

Поражённое насекомое, в данном случае муравей, покидает свою колонию и обосновывается на листе дерева. После того как жертва занимает удобное для манипулятора положение, гриб начинает прорастать сквозь его тело и голову.

Давайте узнаем про этот гриб подробнее …

Фото 2.

Именно в этом и состоит главная цель кордицепса однобокого – с помощью муравья добраться до лучшего места, где он смог бы продолжить расти. Поскольку этот паразит не может расти ни высоко в кронах деревьев, ни на земле или близко к ней, муравью дается команда отыскать место, где грибу идеально подойдет температура и влажность для размножения. Когда подходящее для паразита место найдено, муравей погибает, и из его головы вырастает гриб, образуя коробочку со спорами. Споры, осыпаясь, попадают на других муравьев, которых вскоре постигнет известная участь.

Фото 3.

Недавно ученым удалось выяснить, что этот гриб паразитирует уже 48 млн. лет, о чем свидетельствуют окаменелости, найденные в месте бывшего немецкого кратера Grube Messel.

Фото 4.

Кроме того, паразиты, подобные кордицепсу, превращают в зомби не только муравьев, но и других существ. Например, паразит Toxoplasma gondii, который вызывает у людей токсоплазмоз, управляет своими промежуточными жертвами – мышами. Обычно он вмешивается в работу определенных частей мозга мыши, лишая её страха быть съеденной кошкой.

Фото 5.

Кордицепс однобокий - один из энтомопатогенных грибов. Это такие грибы, которые поражают только насекомых. Некоторые грибы могут поражать членистоногих (пауков, например), но это скорее исключение их правил. Кордицепс однобокий поражает только муравьев, причем только одного вида - Camponotus leonardi. Грибок может заражать и другие близкородственные виды муравьев, но с меньшим репродуктивным и манипуляционным успехом.

Точно не ясно, каким именно способом споры гриба попадают внутрь муравья. Скорее всего заражение происходит через поры в клетках, или через кутикулы. Дрожжи кордицепса после попадания внутрь организма начинают активно в нем размножаться и распространятся по всему телу муравья. Предположительно, споры гриба формируют активные химические соединения, которые и влияют на мозг муравья, изменяя его поведение.

Фото 6.

Муравей покидает свою колонию и спускается на землю (этот вид муравьев обитает на деревьях). Насекомое выбирает невысокую травинку, залазит на нее и очень крепко закрепляется за центральную жилку листа. Муравей с максимальной силой ухватывается за растение мощными челюстями и ни ветер, ни дождь не может столкнуть его. После этого муравей полностью теряет контроль над своим телом и больше не двигается. Он еще не умер, но уже ничего не может сделать.

Постепенно грибок убивает муравья, а сам продолжает расти. Его корни уже проникли в мягкие ткани насекомого, прошли сквозь все тело и надежно закрепились на листе. Теперь все что осталось от муравья — это большая грибница кордицепса однобокого. Сразу же гриб начинает вырабатывать сильный противомикробный препарат, чтобы обезопасить себя от мелких падальщиков. Когда гриб надежно зафиксировался, он прорастает вверх через голову муравья. Процесс роста занимает 4-10 дней.

Фото 7.

Кордицепс однобокий способен уничтожить целую колонию муравьев. Насекомые выработали способность чувствовать зараженных собратьев и изгонять их из своей колонии. Если грибок проникает в гнездо, то зараженного муравья оттаскивают подальше, чтобы вся семья не погибла от эпидемии. Средняя плотность заражения грибком — 20-30 особей на м 2 .

Фото 8.

Кордицепс однобокий содержит различные известные и неиспользованные биологически активные метаболиты, и исследуется как новый источник препаратов с иммуномодулирующими, противоопухолевыми, гипогликемическими и гипохолестеринемическими свойствами.

Фото 9.

Энтомопатогенные грибы - паразитические грибы, поражающие насекомых. Иногда используются в сельском хозяйстве в качестве пестицидов, для контроля численности вредных насекомых.

Фото 10.

Фото 11.

Фото 12.

Фото 13.

Фото 14.

Фото 15.

Фото 16.

Фото 17.

Фото 18.

Фото 19.

Фото 20.

Фото 21.

Фото 22.

Фото 23.

Фото 24.

Давайте вспомним что еще по теме ЗОМБИРОВАНИЯ В ПРИРОДЕ мы уже проходили : вот например Паразит парадоксальный, а вот Повелители гусениц. Вспомните еще Кто зомбирует тараканов ? и как Червь-паразит заставляет насекомых совершать самоубийство

Давайте узнаем про этот гриб подробнее …

Читайте также: