Генетические воры или «Чужой» для богомолов: как паразиты управляют поведением с помощью краденой ДНК

Среди причуд природы существуют совершенно неопасные для людей черви-волосатики. Из-за внешнего вида в народе их зовут «живой волос» или «конский волос». В донаучной древности люди действительно верили, в частности, что эти животные представляют собой ожившие конские волосы. И опасались, что эти твари заберутся человеку под кожу при купании в пруду.


Несмотря на неприятную наружность — копошащаяся нить или клубок нитей длиной по 30–40 сантиметров — на людей волосатики не нападают. Более того, их присутствие в водоёмах говорит об экологической чистоте воды.

По образу существования, строго говоря, «живой волос» даже не паразит, а паразитоид. В отличие от паразитов паразитоиды хозяина живым не отпускают. Эта зловещая повадка сделала фантастических паразитоидов героями компьютерных игр и фильмов. Именно таковы по сути хедкрабы в серии игр Half-Life и неубиваемые Чужие в одноимённой кинофраншизе. В общем, для насекомых волосатики — просто погибель.

Команда биологов из Центра исследований динамики биосистем что в японском институте RIKEN обнаружила, что паразитоиды манипулируют своими хозяевами, заимствуя их наследственную информацию, вероятно, за счёт явления, известного как горизонтальный перенос генов. Удивительные выводы о хитростях природы опубликовали в журнале Current Biology («Современная биология»).



Многие паразиты и паразитоиды управляют поведением своих хозяев ради собственного выживания и размножения. Червь «конский волос» оказался примером с очень изощрённым контролем поведения. Волосатики рождаются в воде и в личиночном возрасте «автостопят» по пути на сушу таких насекомых, как подёнки. На суше цель личинок — быть проглоченными сверчком или богомолом.

Достигнув новых — и окончательных — хозяев, они начинают расти и манипулируют поведением хозяина. Созревший «живой волос» в конце концов побуждает своего кузнечика или богомола прыгнуть в воду, чтобы хозяин погиб, а взрослый волосатик мог заняться размножением.



Предыдущие исследования показали, что черви-волосатики перехватывают бразды правления своими хозяевами — вместо здоровых инстинктов — и побуждают тех двигаться к воде. Учёные полагают, что это достигается с помощью молекул, которые имитируют вещества нервной системы хозяев. Но как именно паразитоиды «додумались» до такого вида молекулярной мимикрии, долгое время оставалось загадкой.

В поисках разгадки японские исследователи проанализировали экспрессию генов (выделение активных веществ, функциональных белков) всего организма «конского волоса» до, во время и после понукания хозяином-богомолом. (Хочется усомниться, это кто из них ещё хозяин, но против терминов не пойдёшь). Биологи обнаружили более 3000 генов волосатиков, которые экспрессировались больше, когда хозяев требовалось «подстегнуть», куда надо, и 1500 генов червей, которые работали в меньшей степени. С другой стороны, экспрессия генов в мозге богомола не изменилась, и фактически её нельзя было отличить от экспрессии генов у здоровых, не червивых, богомолов. Наблюдения указали на то, что волосатики вырабатывают собственные белки для манипулирования нервной системой своих хозяев, а точнее, всё-таки, кормильцев и марионеток.

Затем учёные через базу данных белков выяснили происхождение генов, которые «живые волосы» используют для управления богомолами.


— Таппеи Мишина, руководитель исследований.

Горизонтальный перенос генов — это биологический процесс, при котором гены передаются от одного организма к другому, но не путём размножения. Это может иметь значительные эволюционные последствия, позволяя организмам быстро приобретать новые гены или функции, потенциально помогая им адаптироваться к новым условиям или образу жизни.

Дальнейший анализ подтвердил гипотезу, что наблюдаемая у паразитоидов молекулярная мимикрия, то есть маскировка, — это, скорее всего, результат горизонтального переноса генов от богомолов. Так, удалось обнаружить, что более 1400 генов волосатиков совпадают с генами богомолов. И это на фоне того, что таких биологические веществ или вовсе нет у других видов волосатиков, которые не живут в богомолах, или они сильно отличаются. Таким путём учёные пришли к выводу, что многочисленные выявленные «камуфляжные» гены — вероятный результат неоднократного горизонтального переноса генов от различных видов богомолов в ходе эволюции волосатиков. И такие гены связаны с воздействием на нервную систему, на тяготение к свету, то есть к блеску водоёмов, и циркадными ритмами, то есть зависимостью поведения от времени суток. И они же, по-видимому, играют роль в манипуляциях обречённым хозяином.

Горизонтальный перенос генов — важный природный механизм. Например, это один из основных способов, с помощью которого эволюционируют бактерии, что-бы вырабатывать устойчивость к антибиотикам.

Таппеи Мишина считает, что по мере того, как мы будем находить всё больше примеров горизонтального переноса генов между многоклеточными, то есть более сложными организмами, мы получим представление об этом явлении, а также об эволюции в целом.

А научный интерес к многочисленным фактам горизонтального переноса генов у волосатиков — хорошая модель для изучения подобных процессов и их роли в эволюции.