Токсоплазма смелости, кордицепс секса, пшеница изгнания. Как растения, грибы и бактерии манипулируют другими организмами
Человек может существовать только в социуме — это непреложная истина. Столь же непреложная истина и то, что любое другое существо может жить только в постоянных взаимоотношениях с другими существами. Мы неразрывно связаны друг с другом — бактерии, грибы, растения и животные — и процветаем только при наличии этой связи. Но есть организмы, которых простое сотрудничество не устраивает: они хотят власти, и для достижения своих целей манипулируют чужим поведением. Почти все манипуляторы являются паразитами, причем паразитами внутренними, поскольку таково обязательное условие для выделения веществ, влияющих на метаболизм, — именно из-за этого среди млекопитающих манипуляторов не наблюдается. О том, как у разных видов появились манипулятивные способности и что они за счет них получают, рассказывает Зоя Андреева.
Одноклеточный мир
Большинство манипуляторов сознанием приходится на одноклеточных и простейших. Немало их радостно манипулируют и человеком. Каждый человек — это экосистема: в нас сосуществуют тысячи бактерий, простейших и грибков. Обычно влияние наших обитателей на организм косвенное — при изменении среды бактерии могут выделять токсины, а могут и что-то полезное. И только некоторые открыто манипулируют организмом-хозяином.
Так, например, один из исследователей, Афина Актипис из Университета Аризоны, утверждает, что «микробы управляют нашим поведением и настроением через изменение нервных сигналов в блуждающем нерве, воздействуя на вкусовые рецепторы — либо выпуская токсины, которые негативно сказываются на нашем здоровье, либо производя химическое „вознаграждение“, которое улучшает самочувствие». Так они регулируют наше питание, контролируя, что мы едим, и заставляя нас чувствовать себя хорошо от той еды, которую они сами предпочитают. Есть даже исследования, показавшие, что изменение состава микробиоты может улучшить настроение: двойное слепое рандомизированное плацебо-контролируемое исследование показало, что настроение людей значительно улучшалось при употреблении пробиотика Lactobacillus casei.
Большая часть таких экспериментов проводилась на мышах, и у них зависимость поведения и настроения от соотношения различных видов одноклеточных оказалась поразительной. Их микробиота, помимо влияния на нервные окончания, по всей видимости, балуется и молекулярным манипулированием.
Например, было показано, что у стерильных мышей (в желудочно-кишечном тракте которых никто не живет) изменяются вкусовые рецепторы языка. То есть бактерии, судя по всему, напрямую могут влиять на наше восприятие пищи — нравится она нам или отвратительна, — регулируя те или иные гены рецепторов.
Кроме того, микробы могут выделять гормоны. B. subtilis, например, секретирует как дофамин, так и норадреналин прямо в окружающую среду, то есть в кишечник. Защитная система организма-хозяина, разумеется, уничтожает большую часть гормонов и нейромедиаторов, но что-то может проникать в клетки эпителия кишечника и влиять на их работу. Некоторые бактерии не выделяют ничего в полость ЖКТ, но напрямую взаимодействуют с клетками — например, Bacteroides thetaiotaomicron умеет стимулировать увеличение секреции углеводов.
Бактерии могут управлять поведением не только животных, но и растений. Например, Agrobacterium tumefaciens научилась «убеждать» растения формировать выросты — так называемые галлы. Микроорганизм буквально встраивает в геном растения свою собственную ДНК, заставляя хозяина экспрессировать гены, результатом которых становится синтез полезных для бактерии источников незаменимых аминокислот, а также азота. Также экспрессируется и растительный гормон роста — ауксин, что и вызывает жуткие разрастания.
Не уступают бактериям в искусстве манипуляции одноклеточные эукариоты. Некоторые из них, вероятно, делают жизнь большинства людей такой, какая она есть, а один паразит, видимо, влияет на нас так сильно, что меняет направление развития культуры и цивилизации. Речь о токсоплазме — простейшем, который обычно проживает в представителях семейства кошачьих, но не брезгует в качестве промежуточного хозяина и человеком, и птицами, и даже рептилиями. Мышь — тоже промежуточный хозяин токсоплазмы, и всё, что паразит хочет, — это попасть в окончательного хозяина — кошку. Поэтому токсоплазма манипулирует сознанием мыши: зараженный грызун становится чересчур рискованным, меньше прячется и тревожится, а главное — нестерпимо жаждет выйти кошке навстречу, привлекаемый незнакомым запахом.
При этом токсоплазмоз встречается и у людей, по разным оценкам, от 10 до 90% населения заражены. Можно было бы подумать, что токсоплазма вызывает у нас, как и у мышей, неконтролируемую любовь к кошкам, но не только.
Судя по всему, токсоплазма у людей вызывает то же бесстрашие и желание рисковать.
По крайней мере, установлено, что зараженные токсоплазмой шимпанзе действительно становятся куда менее боязливыми и вместо того, чтобы избегать леопардов, пытаются выйти на них — как и мышей, их привлекает запах леопардовой мочи. Поведение людей при наличии токсоплазмы тоже, видимо, меняется и становится более рискованным. Есть несколько предположений, почему в человеческой популяции сохранилась токсоплазма: то ли это просто «побочный продукт», то есть артефакт, то ли когда-то давно токсоплазма так помогала себе попасть в организм саблезубых тигров и других кошачьих, а в нынешних людях оказывается по инерции. Это в целом хорошо соотносится с уже упомянутым исследованием поведения шимпанзе.
При этом научный мир до сих пор не может объяснить, каким именно образом токсоплазма настолько сильно влияет на поведение. Есть предположение, что она способствует возникновению локального воспаления, и именно противовоспалительные белки ответственны за изменение характера поведения.
Ряд ученых считает, что «в популяциях, где токсоплазма распространена широко, массовые личностные изменения могут приводить к изменениям в их культуре». Например, была найдена корреляция между токсоплазмой и склонностью людей вступать в авантюрные предприятия, например рискованные бизнес-проекты. Именно с токсоплазмой многие связывают любовь некоторых людей к сырому мясу. Более того, есть литературные данные о некоторой корреляции между наличием токсоплазмы и развитием нейропсихиатрических заболеваний, в первую очередь шизофрении. И хотя прямая связь пока не доказана, как и не найдены механизмы влияния токсоплазмы на мозг, эта гипотеза, безусловно, крайне любопытна и в этой области еще есть огромное количество белых пятен.
Манипуляция во зло и во благо
Если вы знакомы с серией The Last of Us, то манипуляции кордицепса — маленького грибка из отдела сумчатых грибов (Ascomycota) — вам известны. Они и в реальности умеют эффективно управлять чужим сознанием, причем каждый такой гриб обычно видоспецифичен и выделяет только те молекулы, которые воспринимает его «подконтрольный» вид. Кордицепс, выделяя такие вещества, влияет на нервную систему муравья, сбивая циркадные ритмы, из-за этого муравьи перестают «работать» и ползут сидеть на листьях: чем выше, тем лучше для гриба, поскольку это помогает распространить как можно больше спор.
Представители рода Conidiobolus могут манипулировать поведением насекомых, в частности цикад, выделяя вещества, похожие на наркотические. Гриб заставляет цикаду быть крайне активной. Активная цикада, не зная ни сна, ни отдыха, старается спариться с как можно большим числом партнеров и заражает каждого из них.
Однако и помимо кордицепса в царстве грибов есть блестящие манипуляторы. Если кордицепс управляет живым сознанием, то Eryniopsis lampyridarum предпочитает… мертвых жуков. Прорастая в жуке-мягкотелке, гриб медленно убивает его. Перед самой смертью жук ползет на лист или цветок — так, чтобы он был заметен. Там, на высоте, жук погибает, а гриб, разрастаясь еще больше, механически приподнимает крылья жука, имитируя поведение самки, приглашающей к спариванию. Нет нужды говорить, что все самцы, привлеченные такой «самкой», заражаются грибом. Причем такие специфические схемы используют и многие другие грибы, просто выбирают для этого не жуков, а, например, мух. Так поступает Entomophthora muscae — энтомофтора мушиная, выделяющая вещества, схожие с мушиными феромонами. Манипуляция репродуктивным поведением вообще очень характерна для грибов-паразитов: гриб Batrachochytrium dendrobatidis, поражающий лягушек, влияет на частоту и интенсивность брачного зова, что привлекает к зараженному самцу больше самок.
А что у растений? В неподвижных травинках и высоких статных деревьях сложно заподозрить манипуляторов, но и они умеют получать выгоду, указывая другим видам, что им делать. Правда, обычно они поступают так для того, чтобы себя защитить, а защищаться им есть от кого — паразитов растений великое множество.
В 2020 году обнаружили, что многие растения — в том числе, например, пшеница, резуховидка и томат — без каких-либо проблем научились вырабатывать вещества, похожие по действию на феромоны круглых червей, распространенных паразитов растений. Круглые черви, или нематоды, наносят растению серьезный урон — как и вышеупомянутые агробактерии, они вызывают разрастание корней, питаясь за счет растения.
И чтобы уберечься, растения научились вырабатывать феромоны, которые, попадая в нервную систему червя, как бы говорят ему: «Тут нечего делать и нечего искать» — и червь уползает, убежденный понятным и простым «высказыванием».
Причем вырабатывают они их на основе собственного феромона нематоды — аскарозида. Обнаружив присутствие аскарозида, растение метаболизирует его, используя себе во благо.
Химия и жизнь
Любят манипулировать другими и животные, хотя паразитов среди них немного. Чаще всего манипулятивное поведение наблюдается у червей — многие из них паразиты и готовы на всё, чтобы обеспечить себе высокое качество жизни. Червь-нематода Phasmarhabditis hermaphrodita, например, поражает мозг слизней и улиток, заставляя тех найти трещину в почве или какое-то другое укромное место, зарыться в него и умереть.
А личинки червей с забавным названием волосатики (Nematomorpha) манипулируют насекомыми, в основном богомолами и кузнечиками. Волосатики — любопытные животные: их взрослые особи — обычные свободноживущие черви и предпочитают пресные водоемы. А вот личинки ведут паразитический образ жизни и развиваются в насекомых до того момента, пока им не приходит время перебраться в естественную водную среду. Для этого они «заставляют» насекомое, которое в норме воду недолюбливает, идти к этой воде и там сидеть до тех пор, пока личинка не покинет наскучивший дом. Насекомое не обязательно при этом погибает, но и такая вероятность есть.
Долгое время не было понятно, каким именно образом волосатик заставляет насекомое идти туда, куда ему определенно не надо, но команда японских и тайваньских ученых установила, что личинка выделяет определенные вещества, вызывающие у организма-хозяина поляротаксис — движение по направлению к источнику поляризованного света (именно такой свет отражается от водной глади).
Конкретные вещества, которые выделяет волосатик, и нейрохимические механизмы, воздействующие на мозг насекомого, еще неизвестны.
Наконец, есть еще одна, немного странная, но всё же любопытная теория о том, кто на самом деле управляет нашим мозгом. Управляет им… наш геном, и эта теория носит название «эгоистичный ген». Предложил ее известный популяризатор науки и биолог-эволюционист Ричард Докинз. Стандартная теория эволюции базируется на том, что единственная задача организма — выжить и дать потомство. Гипотеза же эгоистичного гена предлагает другую концепцию: всем управляет ген, и задача состоит в том, чтобы именно ген остался «в живых» — что будет с организмом-носителем, уже вторично. Грубо говоря, эта гипотеза переводит эволюцию из плоскости организмов и популяций в молекулярную плоскость, где борьба идет между отдельными генами. Ген «хочет» размножиться и сохраниться, а значит, помогает в этом своим носителям, заставляя их размножаться и обеспечивая им хорошую жизнеспособность и выживаемость. Всё, что мы получаем на выходе — наша жизнь со всеми ее плюсами и минусами, способности и таланты, цвет глаз и волос, — всё это не более чем «желание» конкретных генов не исчезнуть. У гипотезы много сторонников, но много и тех, кто ее критикует, однако сама по себе она удивительна, почти философична. Мы в этой гипотезе выступаем исключительно как носители, эдакие роботы или контейнеры для сохранения и переноса генов.
Кстати, именно Докинз ввел в обиход такое распространенное сейчас слово «мем»: он искал что-то похожее на ген, но только отождествляемое с единицей информации — и, взяв греческое слово «имитатор» (μιμητής — читается как «миметис»), превратил его в «мем». Он даже провел между мемами и генами некоторое равенство — как и гены, мемы могут самовоспроизводиться и распространяться, и, как и в мире генов, в мире мемов закрепляются, то есть остаются в культуре, только лучшие из них. Кроме того, мем, как и ген, «паразитирует» на своем носителе — тот распространяет его и помнит его, даже если сам того не желает (попробуйте стереть из памяти воспоминание о женщине, кричащей на кота, или Гарольде, скрывающем боль).
Организмы постоянно взаимодействуют друг с другом, и довольно часто это взаимодействие манипулятивное. Одни, как, например, растения, манипулируют для того, чтобы защитить себя, другие — чтобы обеспечить себе безбедную жизнь. Механизмов таких манипуляций множество, и большую часть из них мы еще даже не знаем. Что ж, тем больше интересного для ученых и тем больше любопытных экспериментов ждет нас в будущем.