Dziwaczne „kontrolujące umysły” pasożytnicze robaki włosowe nie mają genów występujących u każdego innego zwierzęcia

Żyją dwa osobniki oplatające słodkowodnego włosiaka Gordionus violaceus z Niemiec. Źródło: Gonzalo Gerbet

Hairworms nie mają maleńkich „włosków” odpowiedzialnych za ruch komórek, filtrowanie i wyczuwanie, które ma każde inne znane zwierzę.

W świecie pełnym egzotycznych zwierząt robaki włosowe należą prawdopodobnie do najdziwniejszych. Są to pasożytnicze robaki, o których wiadomo, że manipulują zachowaniem swoich nosicieli, zjawisko to czasami nazywane jest „kontrolą umysłu”.

W interesującym zwrocie uwagi, w czasopiśmie pojawia się nowe badanie Bieżąca biologia Ujawniłem tego robaka włosowego klasyfikować Łączy je dziwna cecha: brakuje im prawie 30% genów, które naukowcy spodziewali się odkryć. Co jeszcze bardziej intrygujące, brakujące geny są powiązane z rozwojem rzęsek, przypominających włosy struktur występujących w komórkach prawie wszystkich znanych gatunków zwierząt.

Żywy słodkowodny robak włosowy w rękach Bruno de Medeiros w Muir Woods National Monument w Kalifornii. Źródło: Bruno de Medeiros

Hairworms, które wyglądają jak cienkie nitki spaghetti i mają kilka cali długości, można znaleźć na całym świecie. Ich podstawowa budowa ciała wskazuje na ich pasożytniczą naturę, ponieważ nie mają układu wydalniczego, oddechowego ani krążenia i żyją prawie wyłącznie wewnątrz innych organizmów. Tawana Cunha, doktor habilitowany w Field Museum w Chicago i główny autor badania, zauważa: „Jedną z najfajniejszych rzeczy i prawdopodobnie z tego, z czego są najbardziej znani, jest to, że mogą wpływać na zachowanie swoich gospodarzy i zmuszać ich do robienia rzeczy, których inaczej by nie zrobili”.

Cykl życiowy hairworm i manipulacja żywicielem

W słodkiej wodzie występują setki gatunków włosków. Cykl życiowy rozpoczyna się, gdy jego jaja wylęgają się w wodzie, a larwy są zjadane przez małe wodne drapieżniki, takie jak larwy jętki. Na te z kolei polują większe drapieżniki lądowe, takie jak karaluchy. Po dojrzewaniu wewnątrz swojego żywiciela robaki włosowe manipulują zachowaniem żywiciela, powodując, że wskakują do wody. Tam robaki wyrywają się ze swoich żywicieli i zaczynają szukać partnerów, powtarzając w ten sposób cykl.

Chociaż istnieje również pięć gatunków morskich owsików, które pasożytują na stworzeniach wodnych, takich jak homary, ich zdolność do manipulowania żywicielami jest niejasna ze względu na brak potrzeby powrotu do wody.

Słodkowodne robaki włosowe żyją w środowisku, w Muir Woods National Monument w Kalifornii. Źródło: Bruno de Medeiros

Badania genetyczne nad włosami

Jakkolwiek dziwne może być zachowanie włosków, zainteresowanie badawcze Cunha zwierzętami ma z nimi więcej wspólnego DNA. „Postanowiliśmy zsekwencjonować ich genomy, ponieważ nic takiego jak jej nie zostało wcześniej zsekwencjonowane na tym poziomie”, mówi o badaniu przeprowadzonym ze współautorami Bruno de Medeirosem, Arianą Lord, Martinem Sorensenem i Gonzalo Gerbetem. „Celem było wyprodukowanie tych genomów i ostatecznie wykorzystanie ich do zrozumienia ewolucyjnych relacji między włosami a innymi rodzajami zwierząt”.

Po pobraniu próbek DNA z dwóch gatunków włosków – jednego słodkowodnego i jednego morskiego – i zsekwencjonowaniu ich, zespół dokonał zaskakującego odkrycia, porównując kody genetyczne włosa z kodami innych stworzeń.

Wyselekcjonowane zdjęcia kucającej (martwej) stewardessy homara Monidy S. , z Norwegii, zakażony morskim owsikiem. Obraz został teraz potraktowany jako reprezentacja prawdziwego scenariusza, w jaki sposób robak został zebrany lata temu, co zostało wykorzystane do sekwencjonowania genomu. Źródło: Martin Sorensen

Odkryj brakujące geny

„Odkryliśmy, co było bardzo zaskakujące, że w genomach włosków brakowało około 30 procent zestawu genów, które można by oczekiwać, że będą obecne w zasadzie we wszystkich grupach zwierząt” – mówi Kuna.

Takie odkrycia często skłaniają naukowców do zastanowienia się, czy nie popełnili błędu. Istnieje jednak związek między genami, których nie ma w obu typach robaków. Zdecydowana większość brakujących genów była dokładnie taka sama między dwoma gatunkami. To był niewiarygodny zbieg okoliczności” – mówi Cunha.

Cunha i jej współpracownicy odkryli, że te geny, których brakuje innym zwierzętom, są odpowiedzialne za produkcję rzęsek.

„Rzęski to organelle, małe struktury na poziomie komórkowym, obecne w zasadzie u wszystkich zwierząt, a jeszcze szerzej, u protistów oraz niektórych roślin i grzybów. Są więc obecne w wielu różnych formach życia na Ziemi” – mówi Cunha. Są obecne w wielu komórkach ludzkiego ciała: na przykład ogony plemników to rzęski, a komórki siatkówki również mają rzęski.

Zobacz zdjęcie kucającego (martwego) żywiciela homara Monida S. , z Norwegii, zakażony morskim owsikiem. Skorupa homara została otwarta, aby pokazać, gdzie znaleziono robaka. Obraz został teraz potraktowany jako reprezentacja prawdziwego scenariusza, w jaki sposób robak został zebrany lata temu, co zostało wykorzystane do sekwencjonowania genomu. Źródło: Martin Sorensen

Implikacje dla utraty rzęsek

W poprzednich badaniach naukowcy odkryli, że robaki włosowe wydawały się pozbawione rzęsek tam, gdzie normalnie byłyby obserwowane. Na przykład plemniki hairworm nie mają ogonków. Jednak brak wizualnych dowodów na obecność rzęsek u owsików nie został uznany za ostateczny dowód na to, że nie były one obecne. „Bez genomów wymagałoby to przyjrzenia się wszystkim komórkom na wszystkich etapach życia wszystkich gatunków” – mówi Bruno de Medeiros, kurator owadów zapylających w Field Museum i współautor artykułu.

„W oparciu o wcześniejsze obserwacje wydaje się, że robaki włosowe nie mają rzęsek, ale tak naprawdę nie byliśmy pewni” – mówi Cunha. „Teraz z genomem widzieliśmy, że faktycznie brakuje im genów, które wytwarzają rzęski u innych zwierząt – przede wszystkim nie mają mechanizmu wytwarzania rzęsek”.

Żywy słodkowodny robak włosowy w rękach Bruno de Medeiros w Muir Woods National Monument w Kalifornii. Źródło: Bruno de Medeiros

Zrozumienie wzorców ewolucyjnych i przyszłych kierunków

Co więcej, fakt, że zarówno słodkowodne, jak i morskie gatunki włosków utraciły geny rzęsek, wskazuje, że ta ewolucyjna zmiana najprawdopodobniej nastąpiła w głębokiej przeszłości ich wspólnych przodków. „Możliwe, że strata nastąpiła na wczesnym etapie rozwoju grupy, a oni po prostu ją kontynuowali” – mówi Kuna.

To objawienie przygotowuje grunt pod wiele nowych dociekań. Nie jest jasne, w jaki sposób brak rzęsek wpływa na robaki włosowe lub czy pasożytnicze zachowanie robaków włosowych jest związane z brakującymi rzęskami. „Istnieje wiele innych pasożytniczych organizmów, którym nie brakuje tych specyficznych genów, więc nie możemy powiedzieć, że brakuje im genów z powodu ich pasożytniczego trybu życia” – mówi Kuna. Ale ogólnie organizmom pasożytniczym często brakuje wielu genów. Zakłada się, że ponieważ pasożyty nie używają pewnych struktur i zamiast tego polegają na swoich żywicielach, ostatecznie tracą te struktury”.

Implikacje dla przyszłych badań

Hairworms nie są jedynymi pasożytami, które wykazują cechy „kontroli umysłu”. Podobne zachowanie obserwuje się u pierwotniaków odpowiedzialnych za toksoplazmozę, co zmniejsza lęk gryzoni przed kotami, oraz u grzybów Ophiocordycepsrozsławiony przez grę wideo i program telewizyjny The Last of Us, manipuluje mrówkami w celu rozproszenia zarodników grzybów.

Chociaż organizmy te są daleko spokrewnione z robakami włosowymi, Cunha uważa, że ​​nowe badanie może pomóc naukowcom zidentyfikować wspólne wzorce działania tego zachowania. Przeprowadzając w przyszłości tę analizę porównawczą między organizmami, być może uda nam się znaleźć podobieństwa. A może organizmy te wyewoluowały podobne zachowania w zupełnie inny sposób.

Odniesienie: „Rampant Loss of Global Metazoan Genes Detected by a Chromosome-Wide Genome Assembly of Parasitic Nematomorpha” Tauana J.Cunha, Bruno AS de Medeiros, Arianna Lord, Martin V. Sørensen i Gonzalo Giribet, 18 lipca 2023 r., dostępne tutaj. Bieżąca biologia.
DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.003