Techniki zombie w przyrodzie
Podczas gdy niektórzy ludzie straszą zombie przez telewizję i teorie spiskowe, a inni pół żartem nazywają płód w macicy pasożytem, który nią manipuluje, prawdziwi pasożyty-manipulatory skutecznie pokonują swoich panów, zamieniając ich w zombie. I te schematy sprawdzają się przez dziesiątki milionów lat, a nie przez kilka nędznych dziesiątek stuleci, podczas gdy trwa historyczny okres Homo Sapiens. Inne biologiczne „zombie” - „chodzące trupy” - czyhały na gałęziach ewolucyjnego drzewa, a nawet w naszych komórkach. Jeszcze inni chodzą po ulicach i myślą, że wszyscy dookoła już nie żyją, co oznacza, że możesz popełniać przestępstwa, bo ich to już nie obchodzi. Więc kogo naukowcy nazywają zombie i gdzie je znaleźć? Zrozummy to.
Zombie pod mikroskopem
Zacznijmy od tego, że nie tylko cały organizm, ale także poszczególne komórki mogą powstać z martwych i nagiąć się do własnej woli. Mycobacterium tuberculosis bardzo dobrze wie, jak to zrobić. Ta bakteria, która powoduje gruźlicę, rozmnaża się w komórkach ludzkiego ciała. Osiada również wewnątrz makrofagów - komórek odpornościowych, które zjadają niebezpiecznych „obcych”. Po infekcji błona makrofagów staje się nieszczelna, co prawie zawsze oznacza pewną śmierć komórki. Ale mykobakterie nie chcą tak łatwo stracić swoich „inkubatorów”, więc nie pozwalają, aby prawie martwe komórki umarły do końca, zamieniając je w fabryki zombie, które mogą wytwarzać nowe prątki gruźlicy i ukrywać się przed antybiotykoterapią.
Jeśli bardziej się skurczysz i spojrzysz jeszcze głębiej, zombie można znaleźć w każdym z nas. Co więcej, bez nich nie moglibyśmy się urodzić. Tak przynajmniej sądzą autorzy hipotezy „zombie centrioles”, opublikowanej w czasopiśmie naukowym Frontiers in Cell and Developmental Biology. Centriola to dziewięć trojaczków (trojaczków) mikrotubul. Centriole „organizują” podział komórki, tworząc wrzeciono podziałowe, które wciąga chromosomy (lub ich połówki, w zależności od rodzaju podziału) do biegunów komórki. Ustalono, że u większości zwierząt podczas rozmnażania płciowego centriole są dziedziczone po ojcu, ale u ludzi i innych ssaków, a także owadów, centriole plemników są zmodyfikowane (lub nie występują w ogóle). Skąd zatem pochodzą dwie centriole w zapłodnionym jaju? Na przykład u owadów w plemniku jest tylko jedna centriola. U ludzi nic nie jest w ogóle jasne: wydaje się, że niektórzy naukowcy zaobserwowali w zapłodnionym jaju aż trzy zamiast normalnych dwóch, au myszy centrioli nie było w ogóle widocznych, dopóki komórka nie podzieliła się na 32 lub 64.
Wskazówka według autorów artykułu jest prosta: w plemniku są dwie centriole, ale jedna z nich jest zmodyfikowana, zdegradowana. Jednak „martwa” centriola może dzielić się i funkcjonować bez przywracania jej normalnej postaci. „Ze względu na to, że są jednocześnie zdegradowane („ martwe”) i funkcjonalne („ żywe”), nazwaliśmy je centriolami zombie” - piszą autorzy pracy. Kiedy centriole są zapłodnione w zygotę, ta centriola zombie może tworzyć córkę normalnej centrioli, więc istnieją trzy centriole.
Jeszcze dziwniejszą rzeczą niż centriole zombie (ale z pewnością istniejące w rzeczywistości) są wiewiórki zombie. Naukowcy z Anglii, Australii i Norwegii napisali o nich całą recenzję, narzekając, że „białka zombie” pozbawione aktywności enzymatycznej, delikatnie mówiąc, nie są faworyzowane przez ich kolegów.
Film promocyjny:
I zupełnie na próżno: są obecne we wszystkich królestwach żywych i zajmują 10-15% genomu. Gdyby nie były potrzebne, dobór naturalny powoli by je oczyszczał (to też przyjemność - marnowanie energii na syntezę bezużytecznych śmieci), ale tak się nie dzieje. A jeśli zaczniemy rozumieć, że nawet niekodujące, „śmieciowe” DNA z jakiegoś powodu nie zajmuje miejsca w genomie, to geny kodujące, z których produkowane są niefunkcjonalne białka, z pewnością powinny mieć sens. Takie „zombie” mogą wpływać na ich działający prototyp, przełączać jego działanie, przyczepiać go we właściwe miejsce w komórce - czyli całkowicie żyć po jego „funkcjonalnej śmierci”.
A zombie siedzi na gałęziach
A co z roślinami? Nie zamierzamy niezasłużenie omijać ich w naszej historii. Co więcej, mogą również stać się zombie. Dzięki bakteriom fitoplazmatycznym rośliny zombie zamiast kwiatów wyrastają na gałązkach. Nie mogą się już rozmnażać i, podobnie jak makrofagi skolonizowane przez prątki gruźlicy, stają się fabrykami do produkcji bakterii.
Rośliny jednokomórkowe sprawiają, że rośliny są niewolnikami o słabej woli za pomocą białka SAP54, które oddziałuje z białkami domeny MADS (nie, nie są one odpowiedzialne za obłęd, ale za uformowanie kwiatu). W toku ewolucji bakteryjne białko SAP54 nauczyło się przypominać białko z domeną K, które normalnie oddziałuje z MADS - i tak zhakowało system dostępu do kontroli roślin.
Ale nie tylko gałęzie roślin mogą stać się „zombie”. Naukowcy mogą również tak nazwać gałęzie drzewa ewolucyjnego. Wokół modelu rozwoju ssaków po wyginięciu kredy i paleogenu, które zniszczyły dinozaury oraz wiele innych zwierząt i roślin, toczy się wiele debat. Istnieją dwie wersje tych wydarzeń. Zgodnie z pierwszym modelem „materiału wybuchowego” z „modelem materiału wybuchowego z długimi lontami” przodkowie różnych rzędów najpierw rozeszli się w obrębie klasy ssaków, a następnie pojawiły się gatunki z każdego rzędu. Model materiału wybuchowego z krótkim lontem zakłada, że zdarzenia te miały miejsce prawie jednocześnie. Ostatnio zaproponowano model „miękkiej eksplozji”, zgodnie z którym niektóre linie powstały w okresie kredowym, a po wygaszeniu nastąpiła główna „eksplozja”.
Problemy i słabości najnowszego modelu ujawniają gałęzie duchów i gałęzie zombie, które pojawiły się na drzewie ewolucyjnym. Pierwsze pojawiają się ze względu na fakt, że zapis kopalny jest niekompletny: nie znaleziono żadnych przodków, a potomkowie byli na miejscu. Te ostatnie są bardziej problematyczne, ponieważ pojawiają się zanim dane molekularne przewidują dywergencję ich przodków.
Autorzy artykułu Molecular Phylogenetic and Evolution analizują wszystkie trzy modele i opowiadają się za „długim lontem”, pokazując, że podział na poziomie rzędu najprawdopodobniej rozpoczął się w kredzie. Ta koncepcja pozwala pokonać gałęzie zombie i udoskonalić ewolucyjne drzewo ssaków.
Robaki terrorystyczne wewnątrz raków i mrówek
W toku ewolucji pasożyty nabyły obszerny zestaw technologii zombie. Stosowane są tutaj wszystkie środki: manipulacja, wiara w fałszywość sygnałów własnych zmysłów, wojny z odpornością i podrabiane hormony.
„Neuroparazytologia to nauka u progu science fiction” - pisze Michael Dickinson, współredaktor The Journal of Experimental Biology z University of Washington. To zdanie jest doprawione mieszaniną przerażenia i podziwu: od prośby „nie jedz mnie, nadal będę dla ciebie przydatna” skierowanej do cudzego układu odpornościowego, po podstępne manipulacje i zombie właścicieli - jeden krok. Możesz przez to przejść, wykuwając cząsteczki używane do komunikacji przez komórki gospodarza.
Czasami wydaje się, że nie ma to większego sensu. Istnieją skorupiaki z gatunku Gammarus, które należą do rzędu amfifodów (nazywane są tak, ponieważ dosłownie pływają bokiem). Ale kiedy zostają zaatakowane przez pasożyty, skorupiaki tracą nad sobą kontrolę i zaczynają się poruszać jak wszystkie inne skorupiaki, a nawet wypływać w światło, zamiast się przed nim ukrywać.
Skorupiak Gammarus. Z Julie / Flickr
W rezultacie jest bardziej prawdopodobne, że zostaną zjedzone przez ryby, do których pasożyt musi się dostać. Naukowcom udało się wpłynąć serotoniną na ruch gammarusa i wykazać, że pasożyty najprawdopodobniej wpływają na odpowiedź immunologiczną, która powoduje zapalenie układu nerwowego skorupiaków. W rezultacie praca neuroprzekaźnika serotoniny, cząsteczki pośredniczącej, która przekazuje sygnały między komórkami nerwowymi, a także między nerwem a innymi komórkami, zostaje zakłócona. Skorupiak nie odbiera prawidłowo sygnałów wzrokowych i węchowych i płynie w kierunku śmierci.
Zdarza się, że pasożyty muszą spędzić „dzieciństwo” w jednym organizmie, „okres dojrzewania” w innym, a dorosnąć w trzecim. W ten sposób przez swoje życie przechodzi przywr, przywra lancetowata Dicrocoelium dendriticum.
Jego jaja powinny leżeć w ziemi, przyszłe przywry wysyłane są do „przedszkola” wewnątrz ślimaka. W kolejnym etapie przez pewien czas pływają swobodnie w postaci larw cerkarii z ogonami, następnie są połykane przez mrówkę, po czym stają się metacerkariami.
Ale nie wszystkie cerkaria przejdą przez mrówkową „szkołę”: jeden z nich jest skazany na śmierć, aby reszta mogła dorosnąć. Wślizguje się do zwoju podogardłowego mrówki, dolnej połowy prototypu mózgu owadów. Tam cerkaria układa się wygodniej, otacza się cienką muszelką i siada przy „panelu kontrolnym”. Odtąd mrówka działa w dzień, jak wszyscy jej bracia, ale w nocy zamienia się w zombie o słabej woli. Opuszcza mrowisko, wspina się na źdźbło trawy, czepia się go zębami i czeka, aż połknie je ssak: mrówka zombie to tylko sześcionożna mrówka porwana przez robaki, aby osiągnąć cenny cel, jakim jest wątroba lub drogi żółciowe owcy lub krowy. Tam robaki będą się dobrze rozwijać i mogą rozmnażać się nawet do dziesiątek tysięcy osobników.
Cykl rozwojowy / Dicrocoelium dendriticum Wikimedia Commons
Inne pasożyty, robaki włosowe, wysyłają koniki polne i karaluchy na pewną śmierć, zmuszając je do wskoczenia do wody, gdzie ryba, kolejny żywiciel pasożyta, musi zjeść owady.
Koty, myszy i kwiaty zła na statku kosmicznym
Ale jeśli zombie mrówki lub skorupiaka nie są takie trudne, to „hakowanie” mózgu dużego i złożonego kręgowca jest zadaniem dla najbardziej zaawansowanych „hakerów”. Dlatego najbardziej znanym, a nawet kanonicznym przykładem zombie jest oczywiście toksoplazmoza. Choroba ta jest wywoływana przez pierwotniaka Toxoplasma gondii. Toksoplazma, w przeciwieństwie do larw robaków, składa się tylko z jednej komórki, ale może ujarzmić biliony nieznajomych.
Ostatecznym celem trasy Toxoplasma, ich ziemi obiecanej, jest kot. Natychmiast podstępne jednokomórkowe pasożyty rzadko mogą się do niego dostać, więc najczęściej droga do raju Toxoplasma prowadzi przez śmierć. To prawda, nie ich własne: aby dostać się do kota, używają mniejszych pojazdów - szczurów, myszy lub ptaków.
U tych zwierząt Toxoplasma ulega różnym przemianom. W mózgu wytwarzają hydroksylazę tyrozynową, białko regulujące tempo syntezy hormonu dopaminy. Ten hormon, kojarzony z przyjemnością i zaufaniem, jest kluczowym ogniwem w systemie motywacji i nagrody. Ulegając obietnicy szczęścia, ta właśnie wewnętrzna marchewka na wędce o dowolnej motywacji, gryzonie czy ptaki stają się nieustraszone i same zaczynają szukać spotkań ze szponiastymi łapami puszystej bestii.
Cząsteczki hydroksylazy tyrozynowej wyglądają jak nieszkodliwe kwiaty, ale w rękach Toxoplasma zamieniają się w kwiaty zła i nie w sensie Baudelaire'a, ale w najprawdziwszym sensie / Gla086 / Wikimedia Commons
Ale nawet najpiękniejsze mechanizmy mogą zawieść. Wyobraź sobie, że musisz ukraść samochód lub helikopter, aby dostać się na przykład na rajską wyspę, na której czeka na Ciebie spokojne życie. Ale potem zdarza się nieoczekiwane: przez pomyłkę twój następny żołnierz okazuje się być na statku kosmicznym. Nauczyłeś się porywać samochody i samoloty, wiesz, jak nimi sterować, ukrywać się przed strażnikami - układem odpornościowym - i rozmnażać, zapełniając różne tkanki, uczyniłeś swoje ofiary bardziej atrakcyjnymi dla płci przeciwnej, nawet grozisz populacjom hawajskich gęsi, „porywając” w niektórych miejscach wcześniej 48% z nich. Ale nie nauczyłeś się latać statkiem kosmicznym. Ogólnie rzecz biorąc, twój statek leci na Marsa na autopilocie. Nie tylko nie ma teraz rajskiej wyspy, ale także nie masz ze sobą skafandra kosmicznego. Oczywiście statek kosmiczny ma wewnątrz guziki, podobne do tychktóre zwykłeś klikać - ale czasami działają one w zupełnie inny sposób.
Ponadto układ odpornościowy ofiary może również wpływać na układ nerwowy (np. Poprzez stany zapalne, jak u tego samego gammarusa) i zmieniać jej zachowanie - i to nie zawsze w kierunku, w którym Toxoplasma jest korzystna.
Zombifying People: Echoes of Mouse Love and the Apocalypse w Nowym Jorku
Prawdopodobnie tak by się czuła Toxoplasma, gdyby mogła ocenić swoje szanse powodzenia poprzez zarażenie człowieka. Kot raczej go nie zje, a na bodźce toksoplazmy reaguje na swój własny sposób. Na przykład ma wzrost schizofrenii lub zwiększone ryzyko jej wystąpienia. Z badań osób zakażonych wynika również, że ofiary Toxoplasma stają się wolniejsze i bardziej bierne w obliczu zagrożenia, słabnie instynkt samozachowawczy i chociaż na ogół pacjenci są bardziej drażliwi, to nie chcą o nic walczyć. W przerażających sytuacjach - w ciemnym lesie, w pustym domu w nocy - zachowują spokój.
Ludzie mogą również mieć dramatyczne zmiany w poziomie podejrzliwości i towarzyskości. Kobiety stają się bardziej przyjazne i altruistyczne, a mężczyźni wręcz przeciwnie, nie chcą się niczym dzielić. Na podejrzenie zarażonych ma wpływ nie tylko płeć, ale także miejsce zamieszkania: mieszkańcy miast i wiejskie kobiety stają się bardziej ufni z powodu Toxoplasmy, podczas gdy wieśniacy i kobiety z miast, wręcz przeciwnie, szukają we wszystkim haczyka.
Po raz kolejny widzimy pismo „dopaminy” pasożyta, przypominające, że hormon ten inaczej wpływa na samce i samice ssaków. Eksperymenty z nornikami preriowymi, modelami miłości i wierności w świecie gryzoni, wykazały, że dopamina jest potrzebna nie tylko do przywiązania do bratniej duszy, ale także do agresji wobec obcych. Takie wpływy mogą wpływać na mężczyzn i kobiety na różne sposoby: niektórzy muszą chronić terytorium, inni muszą być przywiązani i przyjaźni. Być może ta reakcja jest również odczuwalna w różnicach w zachowaniu mężczyzn i kobiet zakażonych Toxoplasma - chociaż oczywiście ludzie nie są myszami, a interfejs dla Toxoplasma nie jest tak wygodny.
Ale toksoplazmy nie uczą się na swoich błędach i nadal wkraczają na statki kosmiczne: w regionach, w których warunki sanitarne nie są zbyt popularne, a dużo surowego mięsa dostaje się do żywności, ponad połowa ludzi tworzy przeciwciała przeciwko toksoplazmie. Oznacza to, że są chorzy lub przynajmniej spotkali się z tymi pasożytami w przeszłości. Niełatwo wyleczyć tę infekcję antybiotykami: gdzieś uśpiona forma pasożyta - cysta, która zawsze jest gotowa do ponownego namnażania się, gdzieś przeżywa. I znowu człowiek nie jest już dokładnie nim, ale statkiem kosmicznym z toksoplazmą sterowanym od wewnątrz, dążącym do wnętrza nieosiągalnego kota.
Ale są inne scenariusze apokalipsy zombie. Rośliny też mogą być nie tylko ofiarami, bo otrzymane od nich narkotyki mogą odurzać ludzi. Historia o tym, jak chemicy, badając receptory kannabinoidowe (które reagują nie tylko na kannabinoidy odurzające, ale także na wiele wewnętrznych neuroprzekaźników organizmu), przypadkowo sprowokowali pojawienie się „zombie” na ulicach Nowego Jorku, nie jest fabułą filmu o apokalipsie, ale tematem prawdziwego artykuł naukowy opublikowany w The New England Journal of Medicine w styczniu 2017 roku.
12 lipca ubiegłego roku wysłano jednostki szybkiego reagowania, aby znaleźć i schwytać złowrogich ludzi, zachowujących się dokładnie jak zombie. Na Brooklynie w Nowym Jorku znaleziono w sumie 33 osoby wędrujące mechanicznie po ulicach z pustymi, niezrozumiałymi oczami. Ludzie powoli, jak lunatycy, poruszali rękami i warczeli jak prawdziwe zombie. Osiem świeżo upieczonych „zombie” przebadano na obecność moczu i krwi. Po dochodzeniu, które trwało 17 dni, naukowcom udało się ustalić, że winowajcą był kannabinoid niedawno zsyntetyzowany w celu poszukiwania leków, które ludzie kupowali pod pozorem ziołowego leku AK-47 24 Karat Gold, który wpływał na pierwszy typ receptorów kannabinoidowych.
Przeczytaj kontynuację tutaj.
Ekaterina Mishchenko