В организме хищников нет паразитов
Обновлено: 22.04.2024
Паразитов часто обвиняют в пассивности. Дескать, они ничего не делают сами, а только все забирают у своих несчастных хозяев. Но это большое и неверное упрощение. На деле избравшему скользкую дорожку тотальной зависимости от другого приходится постоянно напрягаться, чтобы держать партнера под контролем. Управление жизнедеятельностью организма, как известно, осуществляет нервная система. Поэтому любой паразит стремится в первую очередь захватить власть над ней. Даже если у него самого нет ни малейшего намека на мозг.
Паразитам, как и всем остальным живым организмам, в первую очередь требуется энергия. Она приходит в виде пищи. А ее источником для паразита, даже если он растение, по определению служат другие организмы. Истинный (на языке науки — облигатный) паразит не может отделиться от своего хозяина без потери жизнеспособности, а если уж делает это, то обычно в особо устойчивой форме для расселения, имеющей крайне заторможенный метаболизм и не нуждающейся в пище.
Короче говоря, единственный источник еды для паразита — его хозяин. По этой причине убивать его быстро крайне нежелательно: во-первых, это автоматически делает запас ресурсов конечным, а во-вторых, умерший и гниющий хозяин отравляет самого паразита. Зато имеет смысл делать так, чтобы хозяин наращивал массу, звал знакомых, дабы они тоже (ничего такого не подозревая) инфицировались, и размножался с условием, что потомки паразита заселятся в его детей.
Медлительные и недовольные
Один из наиболее известных, распространенных и относительно безобидных паразитов, тесно связанных с человеком, — одноклеточное Toxoplasma gondii. Вызываемая им инфекция называется токсоплазмоз. T. gondii поражает мышей, съевших их кошек, а заодно и людей, у которых эти кошки живут. Людям с нормально работающей иммунной системой токсоплазма не страшна, однако ВИЧ-инфицированным и беременным с ней лучше не сталкиваться: для них паразит может быть весьма опасен.
Шесть изображений кошек, нарисованных Луисом Уэйном. На рисунках видно увеличение степени абстракции, что некоторые психиатры связывают с прогрессированием его шизофрении. Изображение: Louis Wain / Wikimedia Commons
В 2017 году сотрудники Первого МГМУ им. И.М. Сеченова и Московского городского НИИ скорой помощи имени Н.В. Склифосовского обследовали 252 водителей, 100 из которых по собственной вине попали в ДТП. Из этой сотни токсоплазму нашли в крови 45 человек, то есть почти половины обследованных, а среди тех 152, кто просто пришел на плановый медосмотр, — только у четверти. Это говорит о том, что наличие Toxoplasma gondii в организме отрицательно сказывается на внимании и скорости реакции человека. Сами авторы работы связывают ее влияние с тем, что токсоплазма способна менять интенсивность выделения дофамина — нейромедиатора, регулирующего как движения, так и положительные эмоции.
Грибы-кукловоды
Мертвая муха, пораженная грибом энтомофторой в характерной позе. Фото: Jaco Visser / Фотодом / Shutterstock
От заражения дрозофилы грибом до гибели мухи проходило обычно четверо суток. На половине этого срока гифы (нити, из которых состоит тело гриба) энтомофтор начинали появляться в нервной системе насекомых, а вырабатываемые ими белки — и того раньше. Тем не менее различия в работе генов в нейронах инфицированных и здоровых мух ярко проявлялись только в самом конце, когда насекомое выбирало травинку или палочку повыше, забиралось на нее, сгибало брюшко, расправляло крылья и замирало.
Такая поза дает спорам энтомофторы наилучшие возможности для распространения. Гифы гриба прорастают через сегменты брюшка дрозофилы и продолжают вытягиваться даже после ее смерти. Жуткое зрелище. Но еще страшнее, что исследователи так и не поняли, на что конкретно в нервной системе влияет энтомофтора. Возможно, ее мишень — это какая-то группа нейронов, управляющих движениями мухи.
Похожим образом меняют поведение насекомых и более известные грибы-паразиты — кордицепсы. Их существует множество видов, но один из наиболее изученных — кордицепс однобокий Ophiocordyceps unilateralis. Он избрал себе жертвой тропического муравья-древоточца Camponotus leonardi. Как и энтомофтора, кордицепс заставляет насекомое перед смертью залезать на самую высокую доступную растительность и там застыть в сгорбленной позе, благоприятствующей разбрасыванию спор. Чтобы сделать это, муравью необходимо покинуть свою колонию. В этом для самих насекомых, впрочем, есть плюс: споры кордицепса не рассыплются по рабочим в самом муравейнике, а значит, число жертв не достигнет максимально возможного.
Вирусные многоходовки
Вирусы влияют и на нервную систему человека, хотя, к счастью, не через грибы и не через насекомых. Самый известный и самый опасный такой паразит вызывает бешенство. От многих других вирусов он отличается тем, что беспрепятственно проходит через барьеры, отделяющие спинной и головной мозг от остальных частей тела, и перемещается от периферических отростков нервных клеток все ближе к центральной нервной системе. Поэтому укусы бешеных животных за лицо наиболее опасны: оттуда ближе всего до головного мозга. Ну а агрессия, желание укусить — проявление манипуляции со стороны паразита. Чем чаще и дальше жертва распространяет свои биологические жидкости (главным образом слюну), тем больше у вируса возможностей для расселения.
Противостояние
Эволюция слепа и во многом случайна, поэтому даже самым глупым хозяевам она может нечаянно подарить защиту от паразитов. Иногда благодаря им даже можно поумнеть. Хотя, конечно, лучше бы делать это без толчка со стороны подобных помощников.
Например, прибавление интеллекта наблюдается у форелей Salmo trutta trutta. Их глаза способен поражать плоский червь Diplostomum pseudospathaceum. Рыбам можно показать, что некоторые предметы связаны с данными червями, и так заставить этих предметов избегать. Это показали ученые из Университета Ювяскюля (Финляндия). Они в течение двух недель периодически помещали рыбок на час в поделенный на две части аквариум. Одна его половина была красной, а другая — желтой. В одном из отсеков находились личинки Diplostomum pseudospathaceum, а во втором их не было.
Шкафчик с курьезами
Светлана Ястребова
Алессандро Пароди — биолог и медицинский исследователь. Он работал в Италии и США, а теперь переехал на федеральную территорию Сириус, чтобы вести свои научные исследования — ученый разрабатывает препараты, которые были бы эффективны в лечении онкологических заболеваний
Значение хищничества для участвующих популяций
Сосуществование популяций хищника и жертвы предполагает их взаимозависимость, воздействующую как регулятор динамики численности и санитарного состояния популяций как жертв, так и хищников. За счет регуляции численности жертв, хищничество может заметно ослаблять негативное воздействие межвидовой конкуренции, оно способствует повышению устойчивости и увеличения разнообразия видов в сообществах.
Паразитизм Паразитизм – это использование одних организмов другими, как правило, в качестве пищевых ресурсов, без немедленной гибели организма-хозяина, но обычно с более или менее значительным угнетением его жизнедеятельности.
Значение паразитизма в природе
Паразитизм является очень распространенной формой межвидовых отношений организмов. Хотя он свойствен самым разнообразным таксонам, есть крупные группы организмов, представленные почти исключительно паразитами. Как правило, у паразитов имеются эффективные механизмы, препятствующие гибели хозяев, поскольку это означает гибель и всех их паразитов. Большинство этих механизмов касается регуляции численности, как в целом, в популяции, так и в (на) одном конкретном хозяине.
Обычно чем длительнее в масштабах геологического времени совместное существование паразита и хозяина, тем паразит становится менее патогенным. В конце концов, он может превратиться из паразита в симбионта, в том числе даже с формированием совершенно нового таксона, как это не раз происходило в процессе эволюции организмов – появление эукариот, лишайников и т.д.
Готовые работы на аналогичную тему
В любом случае, паразитизм способствует более эффективному приспособлению хозяина к внешним условиям, поскольку кроме себя самого, хозяин вынужден обеспечивать существование и паразита, что требует более интенсивного обмена веществ и уровня обмена.
Отличия хищников и паразитов
Грань между хищниками и паразитами весьма условна, существует множество организмов, которых сложно отнести к той или иной категории. Достоверно отличить их можно только по совокупности признаков, да и то имеются переходные варианты, которые определяются специальными терминами, в силу невозможности их отнесения к той или иной крайней категории (полупаразиты, паразитоиды и т.д.). Эти признаки следующие:
Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова
Основы общей экологии
Учебное пособие. М.: Университетская книга, 2005.
Паразиты – это организмы, которые питаются за счет организма‑хозяина. Это очень разнообразная группа организмов (животные, растения, грибы, бактерии), которую изучает специальная наука – паразитология.
Различаются следующие группы паразитов.
Биотрофы и некротрофы. Биотрофы всю жизнь питаются за счет живого хозяина, а некротрофы губят его (или часть его тела, например лист растения) и завершают свою биографию как рассматриваемые далее детритофаги.
Микропаразиты и макропаразиты. Различаются по размерам. К микропаразитам относятся вирусы, бактерии, микроскопические грибы и простейшие, к макропаразитам – все прочие.
Истинные паразиты и паразитоиды. Истинные паразиты всю свою жизнь питаются за счет организма‑хозяина (или нескольких хозяев, если в течение жизненного цикла переселяются из организма одного вида в другой). Паразитоиды (как правило, насекомые) на определенных стадиях жизненного цикла ведут свободный образ жизни (питаются как фитофаги или зоофаги). После этого они откладывают яйца в тело организма‑хозяина, в котором паразитируют личинки. Паразитоиды представляют переход к хищникам. Насекомые‑паразитоиды используются для биологического метода контроля насекомых‑вредителей в сельском хозяйстве (трихограмма, теленомус‑наездник и др.).
Под микроскопом он открыл, что на блохе
Живет блоху кусающая блошка;
На блошке той – блошинка‑крошка,
В блошинку же вонзает зуб сердито
Блошиночка… и так ad infinitum.
В этом случае из паразитов формируется пищевая цепь.
Различаются группы паразитов и по сложности жизненного цикла. Одни виды паразитов передаются при непосредственном контакте особей хозяина (например вирусы и бактерии, вызывающие болезни человека). Другие паразиты перед заражением основного хозяина, в теле которого они образуют потомство, проходят через один или несколько видов промежуточных хозяев (например широкий лентец – паразит человека, но в течение жизненного цикла он проходит через стадии жизни в рачках‑циклопах и рыбах).
Среди полупаразитов есть виды, наносящие вред хозяйству человека. Например погремки (Rhinanthus) при доминировании в луговых сообществах становятся основными продуцентами органического вещества. В этом случае за счет потери энергии при переходе с одного трофического уровня на другой (см. 10.4) биологическая продукция травостоя снижается в 2‑3 раза. Причем погремок не поедается сельскохозяйственными животными ни на пастбище, ни в сене.
В процессе длительной коэволюции (взаимоприспособления) паразитов и хозяев вырабатываются специальные механизмы, которые позволяют им устойчиво сосуществовать.
Защитные реакции хозяев могут быть следующими:
– иммунный ответ организма, т.е. возникновение биохимических реакций, которые сдерживают массовое развитие паразитов;
– сбрасывание зараженных частей (это особенно характерно для растений‑хозяев, которые сбрасывают сильно зараженные листья). В этом случае паразиты продолжают жить уже как детритофаги;
– выработка устойчивости к влиянию паразитов за счет быстрого роста здоровых тканей взамен пораженных (это имеет место при паразитировании тли);
– уменьшение плотности популяций хозяев, что снижает вероятность распространения паразита и заражения им. Зараженные животные менее подвижны и становятся более легкой добычей хищников, которые таким образом снижают долю зараженных особей в популяции;
– формирование гетерогенных популяций хозяев, в составе которых есть экотипы, устойчивые к паразитам. Эти экотипы являются основой адаптивной селекции на повышение устойчивости культурных растений к грибковым заболеваниям.
Ситуация изменяется в антропогенных экосистемах, особенно в сельскохозяйственных, где заражение скота паразитами может привести к гибели многих животных. Представляют опасность взаимоотношения паразитов и человека, который может заболевать гельминтозами, вызываемыми разными видами глистов, лямблиозом (при заражении простейшим – лямблией), болезнями бактериальной и вирусной природы.
1. Чем паразиты отличаются от хищников?
2. Расскажите о разнообразии паразитов.
3. Какие защитные реакции против паразитов вырабатываются у хозяев?
Обзор
Автор
Редактор
Обратите внимание!
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Живые организмы находятся в сложных межвидовых и внутривидовых взаимоотношениях. Формально, а значит, довольно грубо, влияние одного организма на другой можно описать следующими состояниями или статусами:
Многообразие взаимоотношений двух организмов можно аналогично описать сочетаниями статусов (рис. 2).
Однако обыденное отношение человека к паразитизму и хищничеству полярное. Хищничество ассоциируется с суровым романтизмом рассказов Джека Лондона, когда внутреннему взору открывается противостояние сил дикой природы, воплощенной в стае волков, и человека, олицетворяющего саму цивилизацию. Образ хищника прочно связан с инстинктом первобытного охотника, который рискует получить смертельную рану в схватке с жертвой. Осознание этого еще больше романтизирует образ хищника. Поэтому во все времена и во многих культурах человек часто отождествлял себя с хищником родных краев.
Рисунок 3. Хищник и паразит. Слева — волк (до 1,6 м без учета длины хвоста). Справа — ремнец (до 1 м). Несмотря на свой отталкивающий облик, ремнец для нас безопасен, тогда как волк редко, но всё же нападает на человека. У ремнеца (Ligula intestinalis) довольно сложный жизненный цикл. С птичьим пометом его яйца попадают в воду, где превращаются в свободно плавающую личинку. Ее поедает веслоногий рачок (первый промежуточный хозяин), а его самогό — рыба (второй промежуточный хозяин). В зараженной рыбе ремнец более года интенсивно растет, что вызывает ее раздувание и потерю управления телом. Рыба всплывает и становится легкой добычей хищной птицы (окончательный хозяин). Через несколько часов после заражения, не успев нанести вреда птице, ремнец выделяет яйца вместе с ее пометом. Так яйца попадают в воду, а взрослый червь погибает.
В отличие от хищника, вступающего в явное противоборство с жертвой, паразит стремится скрыть свое присутствие от иммунной системы хозяина. Особенно четко манипулирование проявляется при смене хозяев: паразит завуалированно, скрытно удовлетворяет свою потребность в новом хозяине за счет (и во вред!) старого хозяина.
Для паразита организм хозяина — это среда обитания, которую он обустраивает на свой лад (рис. 4)*. Он воздействует на отношения хозяина с внешней средой (т.е. на его поведение) так, что это выгодно ему как паразиту, но не его хозяину.
Особый интерес представляют механизмы, когда извращение поведения осуществляется благодаря процессам, происходящим на элементарном уровне организации жизни — молекулярно-генетическом.
Уже доказано то, что у разных животных (от насекомых до млекопитающих) существуют весьма сложные, но очень схожие системы межгенных взаимодействий, определяющих функционирование нервной системы, поведение и общественные отношения [7]. Например, упомянутый ген egr1 найден и у птиц (рис. 6).
Рисунок 6. Астатотиляпия Бартона (слева) и зебровый амадин (справа). Этих непохожих друг на друга существ объединяет наличие в нейронах головного мозга регуляторного гена egr1, активирующегося в ответ на социально значимые стимулы.
Рисунок 7. Паразиты, повреждающие мозг хозяина. а — Toxocara canis, круглый паразитический червь. Иногда вместо своего естественного хозяина — собаки — он поражает человека. При токсокарозе личинка паразита обосновывается в головном мозге, что нередко приводит к полной потере зрения, расстройству памяти и слабоумию [8]. б — Невзрачный, но знаменитый микроскопический паразит — токсоплазма (Toxoplasma gondii). Повреждая ткани мозга хозяина, провоцирует усиленный синтез нейромедиатора дофамина.
Например, споровик Toxoplasma gondii определенным образом меняет поведение своего промежуточного хозяина — крысы (рис. 7б). Во-первых, паразит стремительно распространяется среди крыс половым путем, так как в зараженных самцах синтезируется больше тестостерона, что привлекает самок. Во-вторых, инфицированных крыс влечет запах кошачьей мочи, а реакция на опасность снижается. Манипулирование токсоплазмы резко повышает вероятность встречи зараженной крысы с окончательным хозяином — кошкой [9].
Поведение представляет собой цепь, звеньями которой являются элементарные поведенческие реакции. Паразит способен разрывать эту цепь на отдельные звенья, а потом собирать их в нужном ему порядке, изменяя тем самым поведение хозяина [14]. Таким образом паразиты весьма гибко подстраивают поведение своего хозяина под собственные изменчивые нужды.
Обзор
коллаж автора статьи
Автор
Редакторы
Партнер номинации — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.
Ученые-биологи давно отметили: паразитические создания коварно расчетливы и владеют искусством манипуляций , управляя поведением своих хозяев, а иногда заставляя изменять их облик. Для каждого паразита и паразитоида организм хозяина — непосредственная среда обитания, которую он может изменять, формировать и перестраивать так, чтобы пребывание в теле жертвы было максимально комфортным.
Эти враги всего живого способны диктовать хозяину свои правила: как взаимодействовать с окружающей средой, как себя вести — и даже какого пола быть! Доходит даже до превращения страдающего хозяина в зомби, всецело повинующегося своему кукловоду.
Многообразие паразитов не уступает числу их хозяев, ведь паразиты приспособились обживать организмы практически всех живых существ в мире, иногда прибегая к помощи тайных союзников.
Собственный боец осы для злодейских махинаций
Рисунок 1а. Паразитоидная оса-браконида Cotesia congregata.
Рисунок 1а. Паразитоидная оса-браконида Cotesia congregata.
Как и другие бракониды, C. congregata с помощью этих вирусных частиц активно подавляет иммунитет насекомого-жертвы [4]. Все полиднавирусы содержат гены, кодирующие тирозиновые протеинфосфатазы [5], активация которых гарантирует серьезные перебои в чувствительной иммунной системе гусеницы [2]. Эти ферменты препятствуют перестройке микрофиламентов — актиновых цитоскелетных нитей [6], — из-за чего возникают проблемы с цитоскелетом: циркулирующие иммунные клетки (гемоциты) гусеницы не смогут соединиться друг с другом и дать паразиту отпор, инкапсулируя его [4], [7].
Рисунок 2а. Рогатый томатный червь Manduca quinquemaculata.
Рисунок 2б. Табачный червь Manduca sexta. Взрослые самки C. congregata ищут на поверхности листьев своих будущих хозяев. Как только подходящее существо будет найдено, оса отложит в нем яйца. Спустя некоторое время личинки паразитоида выйдут наружу с плетеными белыми коконами, внутри которых браконида развивается во взрослое насекомое.
Рисунок 2в. Личинки C. congregata выходят из своего хозяина — табачного рогатого червя Manduca sexta — перед тем, как сплести белые коконы.
Такое нарушение помогает паразиту не попасться в ловушку, приготовленную иммунитетом жертвы. Вот так под защитой вирусов личинки наездника вылупляются из яиц в теле хозяина и развиваются, обходя сопротивление его иммунной системы.
Рисунок 3. Жизненный цикл паразитоидной осы и полиднавирусов (PDV), паразитирующих на хозяине — рогатом черве.
Личинки наездника, как любые паразиты и паразитоиды, существуют в непрерывной конкуренции с хозяином за принадлежащие ему ресурсы и плоть. Впрочем, все, что использует хозяин для своего организма, с таким же успехом пригодится и паразиту для развития. Тем не менее, полностью лишить сил своего хозяина и погубить его жизненно необходимые функции означало бы смерть и для личинок. Гусеница еще должна потрудиться в поисках пропитания на благо паразиту внутри себя, поэтому оказывать воздействие на ее мозг было бы колоссальной ошибкой. Но паразит не был бы паразитом, если бы обошел стороной другие органы хозяина. Поэтому у ос-браконид все продумано: паразитоиды наносят свой удар на половые органы выбранной жертвы, и у насекомого-хозяина происходит атрофия тестикул [12].
Рисунок 4. Взрослая особь паразитоидной осы Zatypota sp. (слева) и личинка осы, прикрепившаяся к брюшку паука-тенетника (справа).
Рисунок 5б. Zatupota sp. убивает своего хозяина.
Воспользовавшись хозяином, паразитоид в конечном итоге убивает паука и съедает его. А затем заселяется в новое удобное пристанище, из которого ихневмотида выйдет уже взрослой особью и продолжит зомбировать новых пауков-тенетников [13], [15]. Таким образом, для собственной выгоды личинка осы манипулирует особым поведением пауков, которое у незараженных особей активируется только в определенный сезон [14].
В плане не должно быть просчетов!
После вылупления все осы живут на суше, однако многим паразитам необходимо попасть в водную среду. Взрослые особи паразитических нематод Gasteromermis sp. живут и откладывают яйца в проточных водах — ручьях [16]. Личинки нематоды используют в качестве хозяина обитающую неподалеку личинку поденки Baetis bicaudatus (рис. 6) [17]. Внутри хозяина паразиты растут вместе с ним, расходуя часть его пищи для собственного развития [17].
Превратившись в длиннокрылое взрослое насекомое, самец поденки покидает реку и летит на поиски самки [16]. Когда насекомые находят себе пару, они торопятся продолжить свой род. Все непаразитированные самцы после спаривания никогда больше не возвращаются в воду [16]: их жизненное предназначение исполнено, а сами они погибают где-нибудь в траве, вдали от воды. А самки летят вдоль ручья, чтобы найти хорошее место на каком-нибудь камне и отложить яйца, подергивая брюшком [16]. Однако если самка B. bicaudatus заражена нематодой, то уже сформировавшийся паразит прогрызает брюшко поденки, после чего уже сам отправляется на поиски своей пары [16].
Рисунок 6а. Самец B. bicaudatus.
Рисунок 6б. Самка B. bicaudatus.
Рисунок 7. Морфология зараженной и чистой особи B. bicaudatus. Вид головы сверху и вид наружных половых органов снизу: непаразитированного самца (a), непаразитированной самки (б), паразитированной интерсексуальной взрослой особи (в).
Но что будет, если нематода паразитирует тело самца? Ей не очень хочется погибать вместе с ним, так и не добравшись до ручья. На этот счет у Gasteromermis sp. есть план-капкан: нематода изменит морфологические половые признаки самца, сделав его похожим на самку (рис. 7) [16]. В процессе созревания у зараженной мужской особи не формируются типичные для их пола специальные крючки на гениталиях и специфичные выпученные глаза, а потому внешне бывший самец будет неотличим от самки [16]. Такая интерсексуальная особь не произведет яйцеклеток и будет лишена внутренних репродуктивных органов, характерных для самок. Самое хитрое здесь то, что под гнетом нематоды самец не только будет выглядеть как самка, но и его половое поведение станет типичным для женской особи [16].
Инфицированный самец насекомого полетит к воде откладывать несуществующие яйца, а в это время Gasteromermis sp. по старой схеме прогрызет себе дорогу через его брюшко и вновь окажется в нужном биотопе, продолжив свой жизненный цикл [16]. Нематода способна управлять ситуацией, ведь она не может знать наверняка, какого пола окажется его хозяин. Это всегда лотерея, в которую паразит выигрывает при любых обстоятельствах.
Нетипичный паразит
Изобретательность, коварство и предприимчивость паразитов не знают границ. Если вы в этом до сих пор не убедились, то наверняка не знакомы с паразитическим рачком Cymothoa exigua (рис. 8).
Рисунок 8а. Рыба-клоун Amphiprion polymnus. Если присмотреться внимательнее, можно заметить, что во рту у нее находится существо с черными глазками. Это и есть изопода — паразитический рачок Cymothoa exigua.
Читайте также: