Продолжая свою серию статей о паразитах, хочется обратить внимание моего уважаемого читателя об очень интересной и непростой теме. Навигация паразита внутри хозяина. Как, например, трематода находит печень, оказываясь в капилляре пальца ноги или в глазу хозяина.
Одним из первых ученых, кто заинтересовался этой темой, стал паразитолог Майкл Сухдео. У него возник резонный вопрос: как гетеросексуальные трематоды находят себе пару в хозяине? Чтобы понять масштабы проблемы, представьте себе лабиринт длиною 20 километров с сотнями ответвлениями в виде тупиков, где только в одной тупиковой ветке есть пища. Мало того, чтобы выжить вам надо найти именно эту ветку, но также необходимо, чтобы ее нашла женщина, которая рандомно отреспаунилась, как и вы.
Съев недожаренную свинину по рецепту Обломова, есть вероятность подселить в себя нематод, которые и будут проходить внутри вас квест с лабиринтом. Самое печальное, что 100% пройдут.
Как же эти мелкие ублюдки находят то, что им нужно, в данном случае - печень?
Разумеется, как и вы, Майкл Сухдео предположил, что внутри хозяина паразит ориентируется по градиенту, как акула находит жертву по концентрации крови в воде. Если акула будет плыть по градиенту в сторону повышения концентрации, она автоматически доберется до источника крови. Стоит ей отклониться от верного направления, как следы крови в воде станут слабее, и акула сможет исправиться. В воздухе градиент работает не хуже, чем в воде. Именно он приводит пчелу к цветку и гиену к трупу. Отслеживание градиента так хорошо работает в море и на суше, что предположение о том, что паразиты ориентируются точно так же, возникло автоматически и казалось вполне разумным. Паразитологи много лет пытались обнаружить запах желчного пузыря или аромат глаза, но ничего не находили. Сухдео потратил много лет на собственные исследования. Он сооружал из плексигласа камеры, помещал туда паразитов, а затем добавлял различные вещества и смотрел, поплывет ли существо в камере к нему или, наоборот, от него. Сначала он держал всю лабораторию нагретой до температуры тела. Затем придумал систему труб, по которым он мог пропускать теплую воду и нагревать таким образом свой искусственный кишечник.
Но ничего не работало.
Сухдео продолжал искать ключ к ориентированию паразитов и после того, как перебрался в Университет Торонто. Он вел бесплодные поиски и все глубже погружался в академическое забвение. В Торонто он встретил свою будущую жену Сюзанну: она готовила докторскую диссертацию по паразитологии под руководством начальника лаборатории, в которую пришел работать и Сухдео. Когда начальник заболел болезнью Альцгеймера, Сухдео принял у него лабораторию и стал научным руководителем Сюзанны. Было понятно, что если Сухдео хочет сделать карьеру в паразитологии, ему пора менять тему и подыскивать себе другое место работы, но он оставался в Торонто и каждый год запрашивал все больше денег на продолжение своих экспериментов. Шесть лет он вел полусонное существование, продолжая свои тупиковые опыты. Но при этом Сухдео обнаружил, что его положение дает ему свободу и позволяет пускаться на поиски ответов, которые другим ученым представляются недостижимыми.
— Мне нечего было терять, — рассказывает Сухдео. — Я мог делать все, что хотел, ведь будущего у меня все равно не было.
Он решил включить в свои эксперименты еще один вид — печеночную двуустку Fasciola hepatica. Это родственник кровяного сосальщика с похожим жизненным циклом. Он живет внутри коров и других пастбищных млекопитающих, и его яйца выходят из тела хозяина с фекалиями. Двуустка вылупляется из яйца и плавает в поисках улитки, внутри которой вырастает пара следующих поколений. Церкарии покидают улитку и плывут по прямой, пока не наткнутся на какой-нибудь объект — обычно камень или растение, на котором сооружают для себя твердую прозрачную цисту. Когда какое-нибудь травоядное животное съедает растение с цистой, кислотоупорная оболочка позволяет двуустке в целости и сохранности пройти через желудок и попасть в кишечник. Оказавшись в кишечнике, паразит выходит из цисты, прокладывает себе путь в брюшную полость и направляется к печени. Там он вырастает во взрослую двуустку — листовидное животное длиной в дюйм. Таких животных в печень может набиться несколько сотен, причем живут они там до одиннадцати лет. Печеночные двуустки иногда попадают и в человека, но настоящую опасность они представляют для домашнего скота. В тропических странах двуусткой заражено от 30 до 90% скота, что ежегодно приносит до 2 млрд долл. США убытков. Но, несмотря на серьезный ущерб, наносимый ими, и десятки лет исследований, ученые не представляли, каким образом этот паразит умудряется отыскать печень в организме хозяина.
Сухдео построил себе новые емкости из латуни и алюминия и поместил в них печеночных двуусток. Три года он пробовал всевозможные составы, вырабатываемые печенью, — вещества, которые могли бы указывать двуусткам путь к их окончательному дому. Уже от отчаяния он разыскал видного специалиста по печени, физиолога, чтобы понять: вдруг есть еще какое-то привлекающее их вещество, которое он проглядел в своих исследованиях.
Сухдео обнаружил, что, хотя он не может заставить печеночную двуустку двигаться по градиенту к какой-нибудь конкретной приманке, некоторые химические вещества, такие как желчь, вызывают у нее достаточно четкую реакцию. Ту же непонятную реакцию он видел у трихинелл, подвергнутых действию химического пепсина. И тут, в очередной раз перебирая в голове факты, он вдруг подумал, что все время смотрел на проблему под неверным углом. Он рассматривал двуустку или трихинеллу как свободноживущее существо, а не как паразита. Но ведь тело хозяина — не океан. Это замкнутое пространство, в котором жидкости циркулируют и смешиваются. Запах, испускаемый одним органом, не может свободно и равномерно распространяться сквозь другие органы. В воздухе запахи распространяются ровно в принципе до бесконечности, но внутри тела химический маркер будет натыкаться на барьеры, отражаться и насыщать пространство, уничтожая все признаки, которыми мог бы воспользоваться обитатель этой территории.
Мир паразита не похож на наш мир, в нем другие ограничения и другие возможности. Обдумав как следует необычные условия внутри тела носителя, Сухдео предположил, что паразиты могут ориентироваться вовсе не по градиентам. Они могут просто определенным образом реагировать на различные стимулы. Конрад Лоренц показал, что свободноживущие животные в предсказуемых ситуациях действуют рефлекторно. Если вы гусыня и вдруг видите, что одно из ваших яиц выкатывается из гнезда, вы автоматически выполняете последовательность действий, позволяющую вернуть его назад: вытягиваете шею, опускаете голову, сгибаете шею. При этом яйцо окажется у вас под клювом, и можно будет вернуть его в гнездо, не обращая собственно на яйцо особого внимания. Если осторожно вытащить яйцо из-под клюва в середине этой последовательности действий, гусыня ничего не заметит и будет тянуть в гнездо пустоту.
Сухдео подумал, что паразиты должны полагаться на подобные запрограммированные действия даже больше, чем свободноживущие существа. В некоторых отношениях тело более предсказуемо, чем внешний мир. Горный лев, рожденный в Скалистых горах, должен накрепко запомнить все приметы своей территории, причем каждый раз, когда пожар, оползень или новая автостоянка изменят топографию, ему придется запоминать все заново. Паразит может спокойно путешествовать по крысе, будучи твердо уверенным, что его маленький мирок практически идентичен внутренностям любой другой крысы. Сердце всегда расположено между легкими, а глаза — впереди мозга. Реагируя определенным образом на определенные метки окружающего ландшафта, паразиты могут безошибочно попасть в нужное место.
Таким образом, необъяснимое вроде бы поведение трихинеллы или двуустки свелось к линейной последовательности действий, неизменно ведущей к успеху. Итак, трихинелла сидит спокойно в своей мускульной капсуле, и вдруг та попадает в желудок. Там она сталкивается с химическим веществом, известным как пепсин, которое разлагает пищу в желудке; в ответ трихинелла начинает дергаться. При первом же движении она вырывается из своей цисты. Можно увидеть, как она дергается внутри, пока не высунется хвост и пока сама она не вырвется и не окажется в желудке. Кусок мяса, в котором находились цисты, выходит из желудка и попадает в кишечник — туда, где в него впадает протока из печени, по которой в кишечник попадает желчь, способствующая пищеварению. Желчь — второй сигнал, по которому трихинелла прекращает беспорядочные дерганья и начинает скользить, подобно змее. Это позволяет паразитам покинуть кусок пищи, в котором они до этого путешествовали, и оказаться непосредственно в кишечнике.
Сухдео вновь обратился к печеночным двуусткам и обнаружил, что они тоже подчиняются простым правилам, а не следуют за градиентом. Поскольку их путешествие длиннее, чем у трихинеллы, вместо двух правил им требуется три. Когда циста с двуусткой попадает из желудка в кишечник, она чувствует желчь и начинает резко дергаться. У нее словно «начинаются судороги», говорит Сухдео. Извиваясь, она вскрывает цисту, и эти же движения проводят ее сквозь мягкую стенку кишечника в брюшную полость. У печеночной двуустки имеются две присоски: возле рта и на брюшке. Она может ползать, вытягивая вперед переднюю присоску, закрепляясь на стенке с ее помощью, затем подтягивая тело и фиксируясь присоской на брюшке. Кроме того, двуустка умеет изгибаться — все ее тело внезапно сокращается в сильном спазме, а обе присоски расслабляются.
Подобные движения — все, что требуется двуустке, чтобы добраться до печени. Чтобы отыскать туда дорогу, ей не нужен анатомический атлас. Выходя из тонкого кишечника, она начинает извиваться и извивается, пока не проникнет в брюшную полость и не доберется до гладкой стенки мышц брюшного пресса. На следующий день двуустка переключается в другой режим — начинает ползти. Теперь, когда она выбралась из бурных вод кишечника, она может спокойно ползти по брюшной стенке, не тревожась о том, что ее может смыть потоком.
Таким образом, ползущая двуустка почти наверняка доберется до печени, независимо от того, какой путь по стенке она выберет. Можно предположить, что паразиту нужно кое-что знать: отличать верх от низа, к примеру, или понимать, что печень расположена рядом с поджелудочной железой, но в стороне от желчного пузыря. На самом деле не так. Двуустка пользуется тем, что брюшная полость напоминает мяч изнутри. Даже если паразит выберет неверное направление и поползет прямо вниз, в конце концов он все равно доберется до печени, если, конечно, будет не останавливаясь ползти по прямой. Вот почему, как выяснил Сухдео, 95% двуусток проникают в печень с верхней стороны, оттуда, где она граничит с диафрагмой, т. е. из верхней точки брюшной полости. Несмотря на то что печень прилегает к кишечнику своей широкой нижней стороной, лишь 5% двуусток проникают в нее снизу.
Таким образом, у паразитов уже есть карта его хозяина, остается только определить свое местоположение на этой карте.
Сухдео понадобилось десять лет, чтобы разобраться в механизме ориентации двух паразитов. Сегодня он стал признанным авторитетом в этих вопросах. И к немалому удивлению Сухдео, ему, несмотря на годы, проведенные в академическом забвении, предложили заниматься паразитологией в Университете Ратджерса. Теперь у него полная лаборатория учеников, жаждущих раскрыть секреты навигации паразитов. Сам же он размышляет о том, как использовать сделанные им открытия в медицине — скажем, убивать паразитов, подавая им не вовремя навигационные сигналы.
Сухдео заслужил уважение коллег-паразитологов. Он показал, что поведение паразитов преследует определенную цель, когда они прокладывают себе путь в уникальной экологической системе, существующей внутри тела хозяина, и что правила, которым они подчиняются, можно понять. Недавно он даже получил премию за свою работу. Показывая соответствующий сертификат гостям, он всегда смотрит на него с искренним изумлением.
Источник: книга "Мир паразитов" Карл Циммер.
