艾伯塔省的僵尸寄生虫揭示了大脑的工作原理加拿大广播公司新闻

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在艾伯塔省的东南角,柏树山 (Cypress Hills) 从平原海洋中拔地而起,蔚为壮观。

往下看,你会看到另一场戏剧正在上演。

蚂蚁不情愿地依附在赛普拉斯山省立公园各处的植物和灌木丛上,等待着毫无戒心的食草动物的吞噬。

罪魁祸首是寄生虫 树突双腔藻一种具有令人难以置信的能力使其宿主僵尸化的蠕虫。

根据卡尔加里大学和莱斯布里奇大学的研究人员的说法,这种寄生虫在寄生操纵名人堂中独树一帜,因为它能够打开和关闭控制——这是僵尸世界中从未见过的。

僵尸无处不在

莱斯布里奇大学寄生虫学家、名誉教授卡梅伦·戈特 (Cameron Goater) 表示,僵尸寄生虫在自然界中非常常见。

“几乎每个分类单元 [species] 生命之树中的宿主有寄生虫或感染了导致操纵的寄生虫,”古特说。

目标通常是从一个主机转移到另一个主机。拿名人来说 虫草 一种在视频游戏特许经营中流行的蘑菇,后来变成了 HBO 节目 最后的我们。受感染的蚂蚁爬上植物并死亡,从而使真菌传播并将孢子洒在毫无戒心的蚂蚁身上。

或者是马鬃虫,它会让蟋蟀跳入水中孵化和交配而自杀。

然而,这些例子以及动物王国中几乎所有其他例子都以宿主的死亡告终 双腔藻属 之所以不同,是因为其生命周期的性质鼓励宿主的生存。

双腔藻属 寄生虫学家称之为复杂的生命周期,涉及多个宿主。最终宿主是哺乳动物,如鸡、鹿或牛。成虫生活在肝脏中并孵化卵,这些卵被爬行动物吃掉。

将鸡肝切一段,上面有白点。
感染双囊藻的鸡的肝脏部分。白点是胆管发炎,其中含有成虫。 (卡梅伦·博斯)

在鳃中,卵分裂成数百种幼虫形式,称为尾蚴。这些物质充满粘液,并以粘液球的形式咳出。 (这是官方术语。)然后泥球被蚂蚁吃掉,除了一只尾蚴之外的所有尾蚴都进入腹部,而“脑虫”则居住在蚂蚁的大脑旁边。

这就是问题开始的地方。

“问题在于,最终宿主几乎从不吃蚂蚁,”博兹说。 “在很多情况下,像鹿、麋鹿和牛这样的动物确实会避开蚂蚁。”

因此,有一种脑蠕虫可以迫使蚂蚁爬上植物,以免它们被意外吃掉。

蚂蚁内部的横截面,显示内部有许多寄生虫。
在这张受感染甲虫的 CT 扫描中,橙色的小区域是脑虫,位于蚂蚁的大脑下方。腹部的灰色圆形球是等待进入肝脏的寄生虫。 (丹尼尔·马丁-维加)

但这是一个危险的解决方案。附着在植物上的蚂蚁会暴露在捕食者的面前,它们无法进食,最重要的是,它们很容易脱水。

“解决这个问题的方法是脱离植物并返回巢穴,”山羊说。 “这就是开关的来源。”

在它们的一生中,只要温度低于 19 度左右,这些蚂蚁就会爬上植物并粘在植物上。

蚂蚁体内的寄生虫如何知道外部温度是多少并调整其精神控制以做出反应?

古特说:“这正是让我们彻夜难眠的问题,因为看起来起作用的机制可能是全新的。”

如何获得心灵

了解这种现象的第一步是观察交配行为期间和之后表达的基因,并将其与未感染的蚂蚁进行比较。

卡尔加里大学寄生虫学家詹姆斯·瓦斯穆斯 (James Wasmuth) 表示:“我们进入了蚂蚁的大脑,以确定从蚂蚁的角度来看这些变化是什么样的。” “当它做出僵尸行为时,我们看到不同的生化途径发生了很多变化。”

瓦斯穆斯说,虽然蚂蚁在寄生虫的控制下似乎无法正常感知周围的环境,但很难确定导致其行为的单一变化。

昆虫神经科学家、达尔豪斯大学名誉教授雪莉·阿达莫 (Shelly Adamo) 表示,这是可以预料到的。

“当我第一次进入这个行业时,每个人都认为有灵丹妙药,”阿达莫说。

然而,科学家对这些系统了解得越多,他们就越意识到事实并非如此。

“进化很少重演,”阿达莫说。

寄生虫喜欢 双腔藻属 在现有系统上开展工作,这些系统极其复杂。

阿达莫说:“我们依靠化学物质从一个神经细胞到另一个神经细胞进行通讯;它不是硬连线的。”

这使得寄生虫能够干预和操纵这些系统逐渐进化的途径,以达到其优势。结果是一系列微妙的变化,最终形成精确的加工。

解决这个难题需要进行许多仔细的实验​​,其中某些基因被抑制或不被抑制,以观察这种操纵是否持续存在。

一朵粉红色的花,花瓣上爬着几只蚂蚁。
感染了树突双腔寄生虫的蚂蚁会违背自己的意愿将自己附着在植物上,以供食草哺乳动物食用。 (安德鲁·赫尔利)

但阿达莫对阿尔伯塔省研究人员在识别腺苷等潜在分子方面迈出的第一步感到兴奋。

阿达莫说:“这种分子很有趣,因为它与免疫系统和神经系统有关。”

根据瓦斯穆斯的说法,腺苷可以调节压力、营养以及睡眠。

“腺苷途径的大量增加会导致其他动物的睡眠。所以我们认为蠕虫以某种方式控制无脊椎动物的睡眠,”沃斯穆斯说,“但我们真的不知道。”

沃斯穆斯说,与腺苷一起,与嗅觉、新陈代谢和昼夜节律相关的某些生化途径也发生了改变。

没有灵丹妙药,但有很多东西需要学习

了解寄生虫如何改变行为意味着破译行为背后的化学密码。

阿达莫说:“这些寄生虫利用了关于大脑如何工作的非常重要的线索,因为它们可以改变一些东西,从而导致行为发生非常惊人的变化。”

阿达莫说,人们同样脆弱。

“如果你服用药物,你可以改变大脑的感知方式。”

这就是动物大脑的天赋和诅咒:它们具有令人难以置信的可塑性,并且可以在一生中学习,“但缺点是,如果有人知道化学密码,你也可能会受到操纵,”阿达莫说。

为什么选择赛普拉斯山?

古特认为 双腔藻属 可以告诉我们操纵自然的后果。

山羊说,这种寄生虫可能是几十年前从欧洲进口的绵羊和其他动物带到加拿大的。

那么为什么我们在全国范围内看不到呢?

“这就是我们所说的人为引入寄生虫或疾病,因为人类将其带入,显然,景观的管理方式也会影响效果的传播,”戈特说。

古特说:“我们在公园里做了很多真正有利于传播的事情,其中​​之一就是我们正在控制火灾,这导致了昆虫和蚂蚁的高密度。”该公园还进行牲畜放牧管理,这可能也有所贡献。

人类可能无意中为阿尔伯塔省的这种寄生虫创造了完美的环境,戈特说,考虑到其复杂的生命周期,这是非常了不起的。

“当它进入这些稀有地区并定居时,它必须跳到一种新的爬行动物物种,一种新的蚂蚁物种,然后是一种新的食草动物物种,”他说。

戈特说,了解使所有这些因素成为可能的条件可以帮助我们应对任何新出现的疾病。



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