Серия «Реальность круче вымысла»

В классической биологии есть строгое разделение труда: вирусы, бактерии и простейшие могут позволить себе внутриклеточный образ жизни, но сложные многоклеточные животные с дифференцированными тканями, нервами и мышцами обречены жить снаружи. Максимум, на что способен паразит из царства Animalia, — прогрызть ткань или плавать в полостях чужого тела.

Единственное подтвержденное исключение из этого правила — книдария Polypodium hydriforme (полиподий), дальний родственник медуз и гидр. Это существо умудрилось превратить в свою личную квартиру живую клетку осетровых рыб.

Многоклеточный жилец в одной клетке

Икринка осетра или стерляди (ооцит) — это не просто эмбрион, а одна-единственная гигантская клетка, заполненная цитоплазмой и миллионами белковых гранул желтка. Оогенез у осетровых длится долго: рыба нагуливает ресурсы годами.

Полиподий проникает в ооцит на ранних этапах его созревания. Зараженная клетка рыбы не погибает: под влиянием паразита она продолжает расти и запасать питательные вещества, пока личинка полиподия развивается прямо у нее внутри.

К концу созревания икринки паразит внутри нее достигает стадии столона — длинной ленты из множества сегментов с зачатками щупалец. Многоклеточный организм длиной в несколько миллиметров упакован внутри одной живой клетки хозяина.

Анатомический чулок, надетый швами наружу

Чтобы питаться чужой цитоплазмой, полиподий пошел на невероятную перестройку эмбриогенеза: он развился в состоянии полной инверсии зародышевых листков.

У любого нормального стрекающего (медузы, кораллового полипа или гидры) тело двухслойное:

• Эктодерма снаружи — это защитный покров, чувствительные нервные клетки и боевые стрекательные капсулы (нематоцисты).

• Энтодерма (гастродермис) внутри — это выстилка желудочной полости, расщепляющая пищу.

У растущего внутри икринки полиподия все вывернуто с точностью до наоборот.

Его энтодерма оказалась на внешней поверхности тела. Ее клетки усеяны микроворсинками, которые контактируют напрямую с желтком икринки и всасывают его запасы. А защитная эктодерма, будущие щупальца и стрекательные капсулы заложены на внутренней стенке замкнутой спиральной полости. Полиподий проводит годы внутри рыбы в буквальном смысле вывернутым наизнанку: кишками наружу, кожей внутрь.

Экстренная эверсия по сигналу гормонов

Жить вывернутым наизнанку удобно, пока вокруг тебя плещется чужой желток. Но в таком виде невозможно выжить во внешней среде: без наружного защитного слоя и со щупальцами, спрятанными внутри, животное не сможет ни охотиться, ни защищаться.

Когда осетр идет на нерест, в крови рыбы происходит выброс гонадотропных гормонов. Для полиподия этот химический сигнал служит триггером:

• За несколько часов до вымета икры столон внутри ооцита совершает эверсию.

• Через временное отверстие лентовидное тело выворачивает само себя наружу, точно так же, как палец вывернутой резиновой перчатки при нагнетании воздуха.

• Эктодерма со сформированными стрекательными клетками оказывается снаружи, а пищеварительная энтодерма занимает нормальное положение внутри замкнутой кишечной полости.

Шагающий хищник на речном дне

В момент нереста поврежденная оболочка икринки лопается от контакта с водой, и вывернувшийся полиподий выходит в реку.

Оказавшись на свободе, столон распадается по поперечным перетяжкам на десятки мелких самостоятельных полипов.

У них нет привычной подошвы для прикрепления к грунту, как у пресноводных гидр. Вместо этого часть их щупалец работает как сенсорный аппарат, а часть превращена в жесткие опорные конечности. На этих специализированных щупальцах свободноживущий полиподий буквально «шагает» по донному илу, охотится на коловраток и малощетинковых червей и делится надвое продольным делением.

Остаток лета он проводит как типичный бентосный хищник, пока не наступает пора созревания гонад для заражения нового поколения осетровой молоди.

В теории эволюции граница между понятием «один организм» и «целая колония» обычно не вызывает сомнений. Но в кишечнике австралийского реликтового термита Mastotermes darwiniensis обитает одноклеточное существо Mixotricha paradoxa, анатомия которого заставила ученых полностью пересмотреть фундаментальные основы симбиогенеза.

Иллюзия под световым микроскопом

В капле кишечной жидкости Mixotricha paradoxa выглядит как классическая крупная ресничная инфузория размером около 0,5 миллиметра. Клетка быстро и плавно перемещается в плотной вязкой среде, ритмично перебирая тысячами тонких мерцательных волосков, покрывающих все ее тело.

Однако в середине XX века биологи исследовали ультраструктуру клетки с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) и обнаружили парадокс, давший протисту видовое имя: у этого существа нет собственных ресничек.

Галера на 250 000 гребцов

Поверхность мембраны миксотрихи густо усеяна микроскопическими структурными выступами («кронштейнами»), организованными в строгие ряды. В каждый такой кронштейн механически вмонтированы независимые живые организмы:

• Спирохеты (Treponema): Длинные спиралевидные бактерии, прикрепленные задним концом к мембранной нише протиста. На одной клетке одновременно находится от 250 000 до 500 000 таких бактерий.

• Синхронизация волны: Спирохеты сокращаются за счет вращения собственных периплазматических жгутиков. За счет гидродинамического взаимодействия колебания передаются соседним бактериям вдоль ряда, формируя скоординированную метахрональную волну.

Полмиллиона независимых прокариот бьют в унисон, превращаясь в единый гребной двигатель, толкающий колоссальную для их масштабов эукариотическую клетку вперед.

Разделение труда: руль, якоря и метаболизм

Анатомический состав миксотрихи — это сложнейший конструктор из пяти абсолютно неродственных организмов:

• Штурвал: У самого протиста есть 4 собственных эукариотических жгутика на переднем полюсе клетки. Но они полностью лишены тяговой силы — миксотриха использует их исключительно как рули направления для изменения вектора движения.

• Живые заклепки: Позади каждой спирохеты в углублении кронштейна сидит вторая бактерия — палочковидная форма из группы Bacteroidetes. Она выполняет роль жесткого упора и биохимического посредника между мембраной хозяйки и двигателем-спирохетой.

• Бескислородные фабрики: В цитоплазме миксотрихи нет митохондрий. Вместо них внутри клетки живут эндосимбиотические бактерии, которые помогают хозяину ферментировать древесную целлюлозу до ацетата в строго анаэробных условиях термитника.

По отдельности эти организмы либо парализованы, либо не способны существовать вне кишечника хозяина. Объединенные вместе, они формируют функциональную надклеточную единицу, которую знаменитый биолог Линн Маргулис признала главным живым доказательством того, что сложные эукариотические клетки возникли не путем постепенного накопления мелких мутаций, а в результате прямого слияния совершенно разных форм жизни.

В фундаментальной биологии существовала аксиома: одноклеточные организмы могут позволить себе анаэробную жизнь в бескислородной жиже, но любое истинно многоклеточное животное (Metazoa) обязано дышать. Кислород необходим клеткам для окислительного фосфорилирования в митохондриях — без этого процесса невозможно генерировать достаточное количество молекул АТФ для поддержания сложного многоклеточного тела.

В 2020 году команда биологов из Тель-Авивского университета под руководством Дороти Хушон секвенировала геном крошечного паразита Henneguya salminicola и обнаружила, что это правило было грубо нарушено.

Медуза, деградировавшая до споры

Henneguya salminicola — родственник кораллов и медуз из класса миксозоев (слизистых споровиков). Паразит живет в мышечной ткани лососевых рыб, образуя безвредные для человека белые цисты (рыбаки называют это «болезнью тапиоки»).

В ходе эволюции животное избавилось практически от всего, что определяет многоклеточный организм:

• У него нет нервной системы, глаз, рта, пищеварительного тракта и мышечных слоев.

• Взрослая форма представляет собой микроскопическую спору, напоминающую головастика с двумя хвостами.

• Единственное, что выдает в нем родственника медуз, — пара полярных капсул, которые под микроскопом выглядят как миниатюрные «глаза». Это рудименты стрекательных клеток (нематоцист), которые паразит использует не для охоты, а чтобы намертво загарпунивать волокна мышц рыбы.

Тотальная зачистка генома

Сюрприз ждал генетиков, когда они начали искать митохондриальную ДНК этого создания. Ее не оказалось вовсе:

• Ноль митохондриальных генов: У всех известных животных на планете есть митохондриальный геном (пусть даже урезанный до 13–37 ключевых генов). У Henneguya он отсутствует на 100%.

• Ликвидация дыхательного аппарата: Из ядерной ДНК паразита полностью вырезаны гены, отвечающие за сборку дыхательных комплексов митохондрий, репликацию митохондриальной ДНК и работу цикла Кребса.

• Митохондрии-призраки: Сами органеллы не исчезли бесследно, но деградировали до так называемых MRO (mitochondrion-related organelles) — пустых мембранных пузырьков, лишенных внутренних складок-крист и способности перерабатывать кислород.

Энергетический грабеж в анаэробной зоне

Рыбье мясо, в котором живет паразит, представляет собой плотную среду с крайне низким парциальным давлением кислорода. Вместо того чтобы тратить ресурсы на поддержание сложной дыхательной цепи и бороться с гипоксией, паразит пошел по пути наименьшего сопротивления: он полностью отключил аэробный метаболизм.

Чтобы получать энергию для деления клеток и созревания спор, Henneguya salminicola использует белки-транспортеры в своей наружной мембране. Паразит напрямую выкачивает уже готовый, синтезированный мышцами лосося АТФ, работая как молекулярный вампир, а недостающие крохи энергии добирает с помощью примитивного бескислородного гликолиза.

Это сделало миксозоя первым и единственным официально подтвержденным многоклеточным животным на Земле, которому для жизни, роста и размножения не требуется кислород ни в каком виде.

Периодические цикады проводят под землей 13 или 17 лет в виде личинок, чтобы однажды синхронно выбраться на поверхность многомиллиардной армией, спеть брачную песню, оставить потомство и умереть. Но для части из них этот долгожданный финал превращается в психоделический боди-хоррор.

Виновник — паразитический гриб Massospora cicadina, превращающий насекомых в то, что энтомологи официально называют «летающими солонками смерти».

Отвалившийся зад и потеря органов

Заражение происходит еще под землей, когда личинки контактируют со спорами, дремавшими в почве больше десятилетия. Когда взрослая особь выбирается наружу, гриб внутри нее переходит в активную фазу:

• Мицелий методично растворяет и переваривает внутренности в задней половине тела: кишечник, выделительную систему и гениталии.

• Хитиновые кольца брюшка истончаются и в какой-то момент просто отламываются на лету.

• Задняя треть насекомого исчезает, а на ее месте образуется плотная беловато-желтая пробка, состоящая из миллионов спрессованных грибковых спор.

Любое нормальное животное, потеряв треть туловища вместе с внутренними органами, моментально впало бы в травматический шок и погибло. Но зараженная цикада не просто живет — она развивает гиперкинетическую активность, которой позавидует любая здоровая особь.

Допинг из подпольной нарколаборатории

В 2019 году исследователи из Университета Западной Вирджинии под руководством Мэтта Кассона решили выяснить, почему полуразорванное насекомое продолжает бодро носиться по веткам. Химический анализ тканей пораженных цикад ошеломил микологов.

Гриб оказался сложнейшей биохимической фабрикой, синтезирующей психоактивные алкалоиды:

• В спорах Massospora cicadina обнаружили ударные дозы катинона — мощного природного стимулятора амфетаминового ряда (ранее его находили только в листьях африканского кустарника кат).

• Родственный вид гриба, паразитирующий на других цикадах, синтезирует псилоцибин.

Катинон полностью отключает чувство боли, глушит сигналы физического истощения и взвинчивает выработку дофамина до запредельного уровня. Цикада чувствует себя превосходно, не замечает отсутствия жизненно важных органов и одержима лишь одной навязчивой идеей — непрерывным спариванием.

Бешеный рейв во имя рассеивания спор

Поскольку собственных гениталий у насекомого больше нет (вместо них — открытая споровая пробка), размножаться физически оно не способно. Но гриб использует половое поведение хозяина как двигатель эпидемии.

Паразит полностью переписывает поведенческие программы самцов:

• Здоровый самец обычно громко стрекочет, чтобы привлечь самок. Зараженный самец продолжает петь и пытается спариваться с любой пролетающей самкой.

• Когда этого мало, гриб заставляет самца характерно щелкать крыльями, копируя позывные сигналы самок, готовых к спариванию.

• На этот ложный сигнал слетаются здоровые самцы. Зомбированный самец не сопротивляется и подпускает сородичей к себе.

В процессе этих судорожных контактов «солонка» срабатывает по назначению: открытая сухая масса спор с силой стирается о тела здоровых цикад, заражая их через микротравмы кутикулы. Цикада летает над кронами деревьев, непрерывно распыляя вокруг себя облако спор на километры вокруг, пока стимуляторы не перестанут компенсировать механическое разрушение ее тела.

Долгое время считалось, что медицинская сортировка раненых, полевая хирургия и применение антибиотиков — это исключительно человеческие изобретения, до которых цивилизация добиралась тысячелетиями через чуму, гангрену и полевые лазареты Первой мировой.

Однако серия исследований биологов из Университета Вюрцбурга и Лозанны под руководством Эрика Франка показала: муравьи создали профессиональную военно-полевую медицину с диагностикой, палатами интенсивной терапии и направленными ампутациями за миллионы лет до появления первого Homo sapiens.

Полевая эвакуация и циничный триаж

Африканские муравьи Матабеле (Megaponera analis) живут исключительно войной: два-три раза в день они организуют рейды на укрепленные гнезда термитов. Термиты-солдаты яростно отбиваются мощными челюстями, нанося муравьям тяжелейшие травмы: отрубают лапы, усики и пробивают панцири.

На поле боя немедленно разворачивается спасательная операция:

• Раненый муравей начинает выделять мандибулярными железами сигнал бедствия — смесь дисульфида диметила и трисульфида диметила.

• К нему подбегает санитар, обследует повреждения и аккуратно несет товарища на базу со скоростью до 1 метра в секунду.

• Сортировка раненых (триаж): Если муравей потерял одну-две лапы, он дисциплинированно поджимает оставшиеся конечности под брюшко, принимая компактную позу для транспортировки. Но если травма несовместима с жизнью (оторваны пять лап из шести), безнадежно раненый муравей яростно бьется, не давая санитарам поднять себя, пока те не бросят попытки. Он буквально выгоняет спасателей, чтобы они не тратили драгоценное время на обреченного солдата.

Химическая лаборатория и вынюхивание сепсиса

Внутри гнезда раненого доставляют в импровизированный госпиталь.

Главный враг выживших после битвы — бактерия Pseudomonas aeruginosa, вызывающая молниеносный смертельный сепсис. Инфекция способна выкосить до 90% травмированных особей за сутки.

Санитары подходят к раненому и проводят детальную пальпацию усиками. Бактерии в ране в процессе метаболизма меняют состав углеводородов кутикулярного слоя муравья. Муравей-врач по микроскопическим изменениям запаха безошибочно определяет: инфицирована рана или стерильна.

Если рана заражена, санитар пускает в ход собственную фармацевтическую фабрику:

• На груди муравья расположена метаплевральная железа, выделяющая густой секрет из более чем 100 химических компонентов (включая органические кислоты, пептиды и алкалоиды).

• Муравей лапками и ротовым аппаратом набирает антимикробный коктейль и часами непрерывно вылизывает открытую рану сородича, буквально заливая антибиотик внутрь тканей.

• После такой терапии смертность инфицированных бойцов падает с 90% до смешных 8–10%.

Хирургическая ампутация по анатомическому протоколу

Другой вид — флоридский муравей-древоточец (Camponotus floridanus) — пошел еще дальше: они стали единственными известными животными на Земле, способными проводить осмысленные хирургические ампутации по медицинским показаниям.

Строение ноги насекомого состоит из нескольких сочленений: бедро (femur), голень (tibia) и лапка (tarsus).

Биологи зафиксировали, что действия муравьев-хирургов зависят от точной локализации раны:

• Ранение бедра: В бедре расположена массивная мышечная ткань, и гемолимфа («кровь») течет там относительно медленно. Муравьи фиксируют раненую особь, несколько хирургов держат поврежденную лапу, а один перекусывает ее у самого основания туловища, за несколько минут ампутируя конечность под корень. Эффективность операции — свыше 90% выживаемости.

• Ранение голени: Голень забита узкими протоками, гемолимфа там циркулирует с высокой скоростью, а мышечной массы вокруг мало. Ампутация голени занимает у муравьев слишком много времени, за которое бактерии гарантированно успевают проникнуть в центральное русло. Зная это (на уровне зашитых поведенческих алгоритмов), муравьи никогда не ампутируют лапу при ранении голени. Вместо этого они тратят несколько часов на интенсивную дезинфекцию и чистку раны челюстями, спасая конечность.

Особи, лишившиеся лап после успешной полевой хирургии, уже через сутки полностью адаптируются к бегу на пяти конечностях и возвращаются к выполнению строительных и оборонительных задач внутри колонии.

В дикой природе обман — обычное дело, но личинки жука-нарывника Meloe franciscanus вывели мошенничество на уровень высокобюджетного шпионского триллера. Вместо того чтобы рыскать по пустыне в безнадежных поисках пищи, эти микроскопические паразиты устраивают сложнейшую многоходовку с фейковым свиданием, фальсификацией запахов и пересадкой на ходу.

Строим чучело самки из собственных тел

Самка жука-нарывника откладывает яйца в сухую землю в пустынях Северной Америки и сразу забывает о потомстве. Вылупившиеся личинки (триунгулины) размером меньше миллиметра не имеют ни крыльев, ни сил, чтобы добраться до единственного источника пропитания — глубоких подземных нор диких пчел Habropoda depressa.

Тогда сотни новорожденных личинок объединяются в организованную банду:

• Они синхронно карабкаются на вершину сухого стебля травы на определенную высоту от земли.

• Там они намертво сцепляются друг с другом лапками, образуя плотный копошащийся комок.

• Размеры, округлые контуры и темный цвет этого живого комка с ювелирной точностью воспроизводят визуальный силуэт сидящей самки пчелы.

Химический гипноз

Одной картинки в мире насекомых недостаточно — пчелы ориентируются в первую очередь по запаху. И здесь личинки жука демонстрируют навыки профессиональных парфюмеров:

• Живой комок начинает синхронно выделять в воздух сложную смесь летучих феромонов.

• Этот химический коктейль до молекулы копирует феромон девственной самки дикой пчелы, готовой к спариванию.

• Концентрация запаха оказывается настолько мощной, что сбивает с толку самцов за десятки метров.

Абордаж и смена транспорта

Одуревший от зова природы одинокий самец пчелы пеленгует источник аромата, видит знакомый темный силуэт на травинке, пикирует вниз и пытается спариться с тем, что считает прекрасной дамой.

В ту же секунду «самка» буквально взрывается. Личинки моментально рассыпаются по телу ошарашенного самца и намертво вцепляются зазубренными челюстями и крючками лапок в волоски на его брюшке и груди. Самец понимает, что попал в неприятности, пытается очиститься лапками, но паразиты сидят мертво. В итоге незадачливый кавалер взлетает и продолжает искать настоящую партнершу — теперь уже с сотней безбилетников на борту.

Финальная пересадка в воздухе

Кульминация аферы наступает, когда самец наконец находит реальную самку пчелы.

В процессе спаривания личинки жука фиксируют контакт двух насекомых и молниеносно, за считанные секунды, перебегают с тела самца на тело самки.

Ничего не подозревающая пчеломатка летит обратно в свою глубокую подземную нору, откладывает яйцо, забивает ячейку отборной пыльцой с нектаром и герметично запечатывает глиняную крышку. Внутри идеального каменного бункера личинки жука отцепляются от пчелы, съедают ее яйцо, выпивают все запасы сладкого провианта и спокойно превращаются во взрослых жуков.

ЗЫ: Я не знаю как скачивать видео с ютуб. Подскажите, пожалуйста.