У причудливых паразитических волосяных червей, «контролирующих разум», отсутствуют гены, которые есть у любого другого животного.

У волосатиков отсутствуют крошечные «волоски», отвечающие за движение клеток, фильтрацию и восприятие, которые есть у любого другого известного животного.

В мире, изобилующем экзотическими животными, волосатые черви, пожалуй, одни из самых странных. Это паразитические черви, которые, как известно, манипулируют поведением своих хозяев, явление, которое иногда называют «контролем над разумом».

Интересно, что в журнале появилось новое исследование. Текущая биология Я показал, что волосяной червь классифицировать У них есть странная черта: им не хватает почти 30% генов, которые исследователи ожидали обнаружить. Еще более интригующим является то, что отсутствующие гены связаны с развитием ресничек, волосоподобных структур, обнаруженных в клетках почти всех известных видов животных.

Живой пресноводный волосяной червь в руках Бруно де Медейроса в Национальном монументе Мьюир Вудс в Калифорнии. Предоставлено: Бруно де Медейрос.

Волосяные черви, которые выглядят как тонкие нити спагетти и имеют длину несколько дюймов, можно найти по всему миру. Их основная структура тела указывает на их паразитическую природу, поскольку у них отсутствуют выделительная, дыхательная или кровеносная системы, и они почти полностью живут внутри других организмов. Тавана Кунья, научный сотрудник Филдовского музея в Чикаго и ведущий автор исследования, отмечает: «Одна из самых крутых вещей и, возможно, то, чем они больше всего известны, это то, что они могут влиять на поведение своих хозяев и заставлять их делать то, что они иначе не сделали бы».

Жизненный цикл волосяного червя и манипулирование хозяином

В пресной воде обитают сотни видов волосатых червей. Жизненный цикл начинается, когда его яйца вылупляются в воде, а личинки поедаются мелкими водными хищниками, такими как личинки подёнок. На них, в свою очередь, охотятся более крупные наземные хищники, такие как тараканы. После созревания внутри своего хозяина волосяные черви манипулируют поведением хозяина, заставляя его прыгать в воду. Оказавшись там, черви отрываются от своих хозяев и начинают искать себе пару, таким образом повторяя цикл.

Хотя существует также пять видов морских волосяных червей, которые паразитируют на водных существах, таких как омары, их способность манипулировать хозяевами неясна из-за отсутствия необходимости возвращаться в воду.

Пресноводные волосатые черви живут в окружающей среде в Национальном памятнике Мьюир Вудс в Калифорнии. Предоставлено: Бруно де Медейрос.

Генетические исследования волосяных червей

Каким бы странным ни было поведение волосатых червей, исследовательский интерес Куньи к животным больше связан с ними. ДНК. «Мы решили секвенировать их геномы, потому что ничего похожего на ее геномы раньше не секвенировали на таком уровне», — говорит она об исследовании, проведенном с ее соавторами Бруно де Медейросом, Арианой Лорд, Мартином Соренсеном и Гонсало Гербетом. «Цель состояла в том, чтобы создать эти геномы и в конечном итоге использовать их для понимания эволюционных отношений между волосяными червями и другими видами животных».

Получив образцы ДНК двух видов волосатика — одного пресноводного и одного морского — и секвенировав их, команда сделала поразительное открытие, сравнив генетические коды волосатика с кодами других существ.

Кураторские фотографии сидящей на корточках (мертвой) стюардессы с лобстерами Мониды С. , из Норвегии, зараженный морским волосяным червем. Теперь изображение было воспринято как реальное представление того, как много лет назад был собран червь, который использовался для секвенирования генома. Кредит: Мартин Соренсен

Обнаружить недостающие гены

«Мы обнаружили, и это было очень неожиданно, что в геномах волосатых червей отсутствовало около 30 процентов набора генов, которые должны были присутствовать практически во всех группах животных», — говорит Куна.

Подобные открытия часто заставляют ученых задуматься, не ошиблись ли они. Однако существует ассоциация между генами, отсутствующими у обоих типов червей. Подавляющее большинство отсутствующих генов были абсолютно одинаковыми у двух видов. Это было невероятное совпадение», — говорит Кунья.

Кунья и ее коллеги обнаружили, что эти гены, отсутствующие у других животных, ответственны за образование ресничек.

«Реснички — это органеллы, небольшие структуры на клеточном уровне, присутствующие практически у всех животных и, в более широком смысле, у простейших, некоторых растений и грибов. Таким образом, они присутствуют в самых разных формах жизни на Земле», — говорит Кунья. Они присутствуют во многих клетках человеческого организма: например, хвосты сперматозоидов представляют собой реснички, а клетки сетчатки также имеют реснички.

Посмотреть изображение сидящего на корточках (мертвого) хозяина лобстера Мониды С. , из Норвегии, зараженный морским волосяным червем. Панцирь омара был открыт, чтобы показать, где был найден червь. Теперь изображение было воспринято как реальное представление того, как много лет назад был собран червь, который использовался для секвенирования генома. Кредит: Мартин Соренсен

Последствия потери ресничек

В предыдущих исследованиях ученые обнаружили, что волосатые черви лишены ресничек там, где их обычно можно было бы наблюдать. У сперматозоидов волосатых червей, например, отсутствуют хвосты. Однако отсутствие визуальных признаков наличия ресничек у волосатых червей не считалось окончательным доказательством их отсутствия. «Без геномов потребовалось бы изучение всех клеток на всех стадиях жизни у всех видов», — говорит Бруно де Медейрос, куратор отдела насекомых-опылителей в Полевом музее и соавтор статьи.

«Основываясь на предыдущих наблюдениях, кажется, что волосатые черви не имеют ресничек, но мы не знали наверняка», — говорит Кунья. «Теперь с геномом мы увидели, что им на самом деле не хватает генов, которые производят реснички у других животных — у них вообще нет механизма для создания ресничек».

Живой пресноводный волосяной червь в руках Бруно де Медейроса в Национальном монументе Мьюир Вудс в Калифорнии. Предоставлено: Бруно де Медейрос.

Понимание закономерностей эволюции и будущих направлений

Кроме того, тот факт, что как пресноводные, так и морские виды волосатых червей утратили гены ресничек, указывает на то, что это эволюционное изменение, скорее всего, произошло в глубоком прошлом их общих предков. «Возможно, потеря произошла в начале развития группы, и они просто продолжали это», — говорит Куна.

Это откровение готовит почву для многих новых исследований. Неясно, как отсутствие ресничек влияет на волосяных червей и связано ли паразитическое поведение волосяных червей с отсутствием ресничек. «Существует множество других паразитических организмов, у которых не отсутствуют эти специфические гены, поэтому мы не можем сказать, что гены отсутствуют из-за их паразитического образа жизни», — говорит Куна. Но у паразитических организмов вообще часто отсутствуют многие гены. Предполагается, что, поскольку паразиты не используют определенные структуры и вместо этого полагаются на своих хозяев, они в конечном итоге теряют эти структуры».

Значение для будущих исследований

Волосяные черви — не единственные паразиты, обладающие способностью «контролировать разум». Аналогичное поведение наблюдается у простейших, ответственных за токсоплазмоз, что снижает страх грызунов перед кошками, а также у грибков. Офиокордицепспрославившийся благодаря видеоигре и телешоу The Last of Us, манипулирует муравьями, чтобы они распространяли споры грибов.

Хотя эти организмы отдаленно связаны с волосяными червями, Кунья считает, что новое исследование может помочь ученым определить общие закономерности того, как работает это поведение. Выполняя этот сравнительный анализ организмов в будущем, мы сможем найти сходство. Или, возможно, эти организмы развили сходное поведение совершенно разными путями друг от друга.

Ссылка: «Безудержная потеря глобальных генов многоклеточных животных, обнаруженная с помощью полнохромосомной геномной сборки паразитических нематоморф», авторы Тауана Дж. Кунья, Бруно А. С. де Медейрос, Арианна Лорд, Мартин В. Соренсен и Гонсало Гирибет, 18 июля 2023 г., доступно здесь. Текущая биология.
DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.003