Карл Циммер - Паразиты: тайный мир
Ученые знают о подобных трансформациях уже больше семидесяти лет, но поначалу никто не думал, что это результат целенаправленных действий паразита. Не может же быть, чтобы паразиты действительно производили такие тонкие и точные изменения в своих хозяевах, которые откровенно превосходят их по уровню развития! Нет, они всего лишь действуют наугад, причиняя вред, который иногда случайно изменяет хозяина именно в эту сторону. Только в 1960-х гг. ученые всерьез задумались о том, что паразиты, возможно, умеют перестраивать по своему желанию физиологию хозяина и даже его поведение. В результате был выявлен длинный список ситуаций, в которых, судя по всему, происходит именно это.
В большинстве случаев речь идет о паразитах-эукариотах, хотя, разумеется, бактерии и вирусы тоже могут при случае сыграть роль «кукольников». Так, чих больного распыляет вирусы простуды в воздухе и помогает им добраться до новых хозяев. Вирус Эбола, похоже, пользуется нашим уважением к умирающим и умершим: он вызывает у своих жертв обильное кровотечение и заражает через контакт с кровью тех людей, кто занимается телами умерших. Но если вы взгляните на список уличенных манипуляторов, то увидите, что бактерии и вирусы составляют ничтожную долю от их числа. Может быть, дело в том, что их нужды очень просты: они редко используют в качестве носителей больше одного вида животных, а потому могут переходить в нового хозяина при обычных контактах между хозяевами — будь то половые сношения, рукопожатие или укус клеща. Тем не менее среди бактерий и вирусов может обнаружиться немало не выявленных пока манипуляторов: не выявленных благодаря тому, что большинство людей, занятых исследованием вирусов и бактерий, думают в первую очередь о болезнях, симптомах и методах лечения. Короче говоря, они редко думают как паразитологи и не смотрят на изучаемые объекты как на живые существа, которым необходимо выжить внутри нынешнего хозяина и вовремя попасть в следующего.
При изучении паразитов и их манипуляций возникает еще одна серьезная опасность: иногда человек склонен видеть хитроумную стратегию на пустом месте. Действительно, некоторые изменения в хозяине могут представлять собой обычные случайные повреждения. Даже если ясно, что цвет рыбы изменился именно благодаря паразиту, это ничего не значит. Важно лишь то, что птицам стало проще охотиться на этих рыб. Доказать, что паразит действительно может менять хозяина нужным ему образом, можно только при помощи экспериментов. Первые опыты, в которых было показано реальное воздействие паразита на хозяина и получен значимый эффект, провела в 1980-х гг. Дженис Мур, паразитолог Университета штата Колорадо. В качестве подопытных Дженис выбрала вид колючеголовых червей, которые, будучи личинками, живут в мокрицах в лесной подстилке, а во взрослом состоянии — в скворцах и отправляют яйца на землю в птичьем помете, который подберут очередные мокрицы.
Мур соорудила из стеклянных форм для выпечки камеры для наблюдения за поведением зараженных мокриц и проведения различных измерений. Так, в одном из экспериментов ей нужно было проверить, как мокрицы реагируют на влажность воздуха. Дженис накрыла одну форму другой, чтобы создать замкнутое пространство. Затем разделила это пространство на две части при помощи стеклянной перегородки, оставив между половинами лишь узенькую щель, прикрытую нейлоновой сеткой. Она подняла влажность в одной половине, налив туда немного дихромата калия — химического вещества, при реакции которого с воздухом выделяется вода. В другую половину она налила соленой воды, которая вытягивала из воздуха воду и тем самым осушала его. Затем она запустила в стеклянный домик несколько десятков мокриц и стала ждать, какое из «помещений» — влажное или сухое — они выберут. После окончания эксперимента она вскрыла всех мокриц и посмотрела, являются ли они носителями личинок колючеголовых червей.
В другом эксперименте Мур соорудила из куска черепицы и четырех камешков-опор навес для мокриц и посмотрела, заберутся они в предложенное убежище или останутся на открытом месте. В третьем эксперименте насыпала в форму цветной гальки—половину черной, половину белой, чтобы посмотреть, какой фон выберут для себя мокрицы.
В природе мокрицы живут во влажной лесной почве: там очень удобно прятаться от птиц, которые всегда готовы закусить ими. Если вытащить мокрицу на свет, она поспешит скрыться обратно. В почве их привлекают влажность, сумрак и темные цвета. Здоровые мокрицы, которых изучала Мур, и в лабораторных условиях вели себя точно так же. Они заползали во влажный отсек и избегали сухого воздуха; они прятались под приготовленным для них навесом; они всегда выбирали темный цвет. Зато мокрицы — носители колючеголовых червей забредали в сухую часть стеклянного домика гораздо чаще, чем здоровые. Паразит заставлял хозяев чаще выползать на светлую гальку и гораздо реже прятаться под навес, чем это делают здоровые мокрицы. Оккупированные паразитами мокрицы потеряли способность реагировать на жизненно важные сигналы и превратились в легкую добычу для птиц.
Но вместо того, чтобы рассуждать о том, что могло бы облегчить жизнь птицам, Мур предоставила слово им самим. Она выпустила мокриц в клетку со скворцами. Птицы начали есть мокриц, и выяснилось, что предпочтение они отдают больным. В другом эксперименте она поставила несколько скворечников, в которых скворцы поселились и вывели птенцов. Родители летали в окрестные поля, собирали там корм, в том числе и мокриц, и приносили в гнездо птенцам. Но Мур слегка сдавила шейки птенцов — ровно настолько, чтобы они не могли глотать принесенную родителями пищу. После этого в ротиках птенцов и вокруг, в гнезде, она собирала мокриц и исследовала их, проверяя наличие паразитов. Выяснилось, что зараженные паразитом мокрицы оказывались в гнезде гораздо чаще, чем следовало бы исходя из их численности. Как правило, в природе носителями колючеголового червя является менее одного процента мокриц, а вот среди обнаруженных в гнезде и у птенцов особей их оказалось 30%.
За экспериментами Мур последовали и другие тщательно поставленные опыты, и во многих случаях действительно было доказано, что изучаемый паразит изменяет своего хозяина так, чтобы эти изменения способствовали его успеху. Убедившись, что такая стратегия у паразитов реально существует и работает, паразитологи задались следующим вопросом: а как это им удается? Вероятно, каждый паразит пользуется собственным уникальным методом, причем некоторые методы бывают очень простыми. Когда ленточный червь вырастает внутри трехиглой колюшки, заполняет собой всю полость ее тела и начинает поглощать большую часть съеденной хозяином пищи, все это, вероятно, делает рыбку страшно голодной и буквально ненасытной. Именно голод заставляет колюшку рисковать, добывая пищу под самым носом у страшной утки. Понятно, что для червя эта опасность означает верное спасение.
Однако чаще механизмы воздействия паразитов на хозяина оказываются куда более сложными. Паразиты освоили язык хозяйских нейротрансмиттеров и гормонов. Паразитологи уверены в этом, хотя до сих пор никому не удалось обнаружить конкретную молекулу, которая изменяла бы хозяина заданным образом. Тело и мозг животного — среда с помехами; там одновременно передается слишком много сигналов, чтобы ученые могли выделить на этом фоне одну короткую передачу от паразита. Но паразитологи могут все же косвенно судить об этих паразитных молекулах — примерно так же, как вы можете судить о человеке по его тени.
Вспомните на мгновение бедного рачка Gammarus, которого колючеголовый червь заставляет подняться на поверхность пруда, прицепиться там к камню и ждать, пока его съест утка. Ясно, что с нервной системой инфицированного рачка что-то не так: те ощущения, которые послали бы здорового гаммаруса на дно, вызывают у больного противоположную реакцию. Биологи извлекли из тела гаммаруса, зараженного червем, нейроны и окрасили их веществом, которое заставляет нейроны светиться, если в них присутствуют определенные нейротрансмиттеры. При пробе на трансмиттер серотонин нейроны вспыхнули, как новогодняя елка.
Вообще, серотонин можно обнаружить практически в любом животном. У человека и других млекопитающих он, судя по всему, стабилизирует мозг. При падении уровня серотони- на человеком могут овладевать навязчивые идеи, депрессия, склонность к насилию. (Лекарство прозак, к примеру, рекомендуемое для борьбы с депрессией, вызывает усиление производства серотонина.) Серотонин играет роль и в работе мозга беспозвоночных, хотя ученые пока не знают точно, в чем состоит эта роль. Тем не менее, они знают наверняка, что при введении серотонина гаммарусу происходит кое-что интересное. Здоровый Gammarus, получив инъекцию, нередко пытается прочно схватиться за что-нибудь.
