アリをゾンビに変える真菌は、私たちが認識したよりも悪魔的です

頭から菌の胞子が噴出する死んだとげのあるアリ。(画像:David Hughes / Penn State University)

ブラジルの熱帯雨林のオオアリは荒れています。これらの昆虫の1つが特定の真菌に感染すると、それはいわゆる「ゾンビアリ」に変わり、その行動を制御できなくなります。寄生虫によって操作された感染したアリは、樹上性の家の居心地の良い範囲を離れ、真菌の成長により適した林床に向かいます。葉の下側に自分自身を駐車した後、ゾンビ化したアリは葉の上に切り刻むことによって自分自身を所定の位置に固定します。これは犠牲者の最後の行動を示します。ここから、真菌は成長し続け、アリの体内で猛威を振るい、最終的にはアリの頭を突き刺し、その真菌の胞子を放出します。このプロセス全体は、最初から最後まで、10日以上かかる場合があります。

ゾンビアリについてはかなり前から知っていましたが、科学者たちは寄生真菌であるO. unilateralis(yu-ni-lat-er-al-issと発音)がどのように操り人形の役割を果たしているかを理解するのに苦労していました。この真菌はしばしば「脳寄生虫」と呼ばれますが、今週国立科学アカデミーの議事録に発表された新しい研究は、これらのゾンビアリの脳が寄生虫によって無傷のままであり、O.unilateralisができることを示していますアリの体全体に浸透して周囲の筋線維を取り囲むことにより、その宿主の行動を制御します。事実上、それは感染したアリをそれ自体の外部化されたバージョンに変換しています。したがって、ゾンビアリは昆虫の一部、真菌の一部になります。ひどいですよね?

この発見をするために、ゾンビアリ菌を最初に発見した科学者、ペンシルベニア州立大学のデビッドヒューズは、昆虫学者、遺伝学者、コンピューター科学者、微生物学者の国際チームを巻き込んだ学際的な取り組みを開始しました。研究のポイントは、間の細胞相互作用を見ていたO. unilateralisと大工アリホストCamponotusのcastaneusその強力な顎を持つ葉の底部に寄生虫のライフサイクル、その相アリアンカー自体の重要な段階。

後期O.unilateralis感染に感染したアリ。(画像:David Hughes / PLOS ONE)

「真菌は組織特異的な代謝物を分泌し、宿主遺伝子発現の変化とその蟻宿主の下顎筋の萎縮を引き起こすことが知られています」と、バーゼル大学動物学研究所の博士課程の候補者である主執筆者のマリデルフレデリクセンは述べています。 、ステートメントで。「宿主の行動の変化は、宿主の体を通して発現している微生物寄生虫の遺伝子の拡張表現型です。しかし、真菌がこれらの効果を調整して宿主の行動を操作する方法は不明です。」

寄生虫の「延長された表現型」に言及することにより、フレデリクセンは、O。unilateralisが外部の実体、この場合は大工の蟻を乗っ取り、それをその物理的な自己の文字通りの延長にすることができる方法に言及しています。

この研究では、研究者らは大工の蟻にO. unilateralisか、コントロールとして機能するBeauveriabassianaとして知られる脅威の少ない非ゾンビ性真菌病原体のいずれかを感染させました。二つの異なる菌類を比較することによって、研究者は、特定の生理学的作用を見分けることができましたO. unilateralisアリにします。

研究者たちは、電子顕微鏡を使用して3D視覚化を作成し、アリの体内の真菌の位置、存在量、および活動を特定しました。組織のスライスは50ナノメートルの解像度で取得され、24時間にわたって2,000回の速度でスライスとイメージングのプロセスを繰り返すことができるマシンを使用してキャプチャされました。この恐ろしい量のデータを解析するために、研究者たちは人工知能に目を向けました。それにより、機械学習アルゴリズムが真菌細胞とアリ細胞を区別するように教えられました。これにより、研究者は、どれだけの昆虫がまだアリであり、どれだけの昆虫が外在化した真菌に変換されたかを判断することができました。

真菌細胞のネットワーク(黄色)に囲まれたアリの下顎内転筋(赤)の3D再構成。(画像:ヒューズ研究所/ペンステート)

結果は本当に気がかりでした。O. unilateralisの細胞は、頭や胸から腹部や脚に至るまで、アリの体全体に増殖していました。さらに、これらの真菌細胞はすべて相互接続されており、アリの行動を制御する一種のボーグのような集合的な生物学的ネットワークを作成しました。

「宿主内の細胞の高い割合が真菌細胞であることがわかりました」とヒューズは声明で述べています。「本質的に、これらの操作された動物はアリの服の真菌でした。」

しかし、何よりも驚くべきことに、真菌は大工の蟻の脳に浸透していませんでした。

「通常、動物では、行動は脳が筋肉に信号を送ることによって制御されますが、我々の結果は、寄生虫が宿主の行動を末梢で制御していることを示唆しています」とヒューズは説明しました。「まるで人形遣いがひもを引っ張って操り人形を動かすように、真菌はアリの筋肉を制御して宿主の脚と下顎を操作します。」

しかし、真菌がどのようにしてアリを葉に向かって移動させることができるかについては、まだほとんどわかっていません。そして実際、真菌が脳だけを離れるということは手がかりを提供するかもしれません。以前の研究は、真菌がアリの脳を化学的に変化させている可能性があることを示し、ヒューズのチームは、真菌が最終的な葉を噛む行動を実行するのに十分長く生き残るためにアリに必要であると推測しました。ただし、真菌が既存のアリの脳力(および付随する感覚能力)の一部を利用して、林床の周りでアリを「操縦」する必要がある可能性もあります。これらの理論をより実質的なものに変えるには、将来の研究が必要になるでしょう。

「これは、学際的な研究が私たちの知識を前進させる方法の優れた例です」と、新しい研究とは関係のないセントラルフロリダ大学の昆虫学者であるCharissa deBekkerはGizmodoに語った。「研究者たちは最先端の技術を使って、私たちが真実だと思っていたが確信が持てなかった何かを最終的に確認しました。真菌O.unilateralisが脳に侵入したり損傷したりしないことです。」

de Bekkerは、この研究は、はるかに複雑なことが起こっていること、そして真菌が神経修飾物質として働くことができる化合物を分泌することによってアリを制御している可能性があることを確認していると言います。真菌ゲノムから収集されたデータは、この結論も示しています。

「これは、真菌が、新薬の発見の観点から興味深い可能性のある豊富な生物活性化合物を生成する可能性があることを意味します」とdeBekker氏は述べています。「このように、私はこの仕事にとても興奮しています!」

ゾンビアリ菌自身の権威であるdeBekkerも今週新しい研究を発表しました。PLOS Oneに掲載され、David Hughesらと共同執筆した彼女の新しい研究では、Ophiocordyceps kimflemingiae菌(最近名前が付けられたO. unilateralis複合体の種)の分子時計を調べて、毎日のリズム、したがって生物学的かどうかを調べました。時計は、生物学者によって研究された寄生虫と宿主の相互作用の重要な側面です。

「真菌が実際に分子時計を持っていることを確認することに加えて、これが特定の遺伝子の毎日の振動をもたらすことを発見しました」とdeBekkerはGizmodoに語った。「それらのいくつかは日中にアクティブですが、他は夜間にアクティブです。興味深いことに、真菌は特に夜間に分泌タンパク質をコードする遺伝子を活性化することがわかりました。これらは、宿主の脳と相互作用する可能性のある化合物です!したがって、真菌は行動を操作するために生物活性化合物を放出するだけでなく、それに正確なタイミングもあるようです。」

この陰湿な寄生虫とそれが昆虫様の宿主をどのように乗っ取るかについて学ぶことは明らかにまだたくさんありますが、これらの最近の研究が証明するように、私たちは答えに着実に近づいています-それは明らかに本質的に邪魔です。

[全米科学アカデミー紀要PLOS One ]

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