Две живые запутавшиеся особи Gordionus violaceus, пресноводного волосатика, из Германии. Кредит: Гонсало Жирибет
У волосатых червей отсутствуют крошечные «волоски», отвечающие за движение клеток, фильтрацию и восприятие, которые есть у любого другого известного животного.
В мире, изобилующем причудливыми животными, волосатые черви, возможно, считаются одними из самых странных. Это паразитические черви, которые, как известно, манипулируют поведением своих хозяев, явление, которое иногда называют «контролем над разумом».
Интересно, что новое исследование, опубликованное в журнале Current Biology, показало, что у видов волосатых червей есть странная черта: им не хватает примерно 30% генов, которые исследователи ожидали обнаружить. Более интригующе то, что отсутствующие гены связаны с развитием ресничек, волосоподобных структур, обнаруженных в клетках почти всех известных видов животных.
Волосяные черви, напоминающие тонкие пряди спагетти и достигающие нескольких дюймов в длину, можно найти по всему миру. Их основная структура тела намекает на их паразитическую природу, поскольку у них отсутствуют выделительная, дыхательная или кровеносная системы, и они почти полностью живут внутри других существ. Тауана Кунья, научный сотрудник Чикагского музея Филда и ведущий автор исследования, отмечает: «Одна из самых крутых вещей, а может быть, и самая известная, заключается в том, что они могут влиять на поведение своих хозяев и заставлять их делать то, что иначе они бы не сделали».
Жизненный цикл волосатика и манипулирование хозяином
Существуют сотни видов пресноводных волосяных червей. Жизненный цикл начинается, когда их 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 сверчки. Созревая внутри своих хозяев, волосатые черви манипулируют поведением хозяев, побуждая их прыгать в воду. Оказавшись там, черви отделяются от своих хозяев и начинают искать себе пару, таким образом повторяя цикл.
Хотя есть также пять видов морских волосатых червей, которые паразитируют на водных существах, таких как омары, их способность манипулировать хозяевами неясна из-за отсутствия необходимости возвращаться в воду.
Живые пресноводные волосяные черви 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 их ДНК . «Мы решили секвенировать их геномы, потому что ничего похожего на них никогда раньше не секвенировали на таком уровне», — говорит она об исследовании, проведенном со своими соавторами Бруно де Медейросом, Арианной Лорд, Мартином Соренсеном и Гонсало Жирибетом. «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 волосатых червей — одного пресноводного и одного морского — и секвенировав их, команда сделала поразительное открытие, сравнив генетические коды волосяных червей с кодами других существ.
Открытие недостающих генов
«Мы обнаружили, что было очень неожиданно, что оба генома волосатых червей отсутствовали около 30% набора генов, которые, как ожидается, будут присутствовать практически во всех группах животных», — говорит Кунья.
Такие выводы обычно побуждают ученых задуматься о том, не допустили ли они ошибку. Однако существовала корреляция между отсутствующими генами у обоих видов червей. «Подавляющее большинство отсутствующих генов были абсолютно одинаковыми у двух видов. Это было просто неправдоподобно случайно», — говорит Кунья.
Кунья и ее коллеги обнаружили, что эти недостающие гены у других животных ответственны за производство ресничек.
«Реснички — это органеллы, небольшие структуры на клеточном уровне, которые в основном присутствуют у всех животных и даже в более широком смысле у простейших, некоторых растений и грибов. Таким образом, они присутствуют в большом разнообразии форм жизни на Земле», — говорит Кунья. Они присутствуют во многих клетках человеческого тела: например, хвосты сперматозоидов — это реснички, и клетки сетчатки наших глаз тоже имеют реснички.
Последствия отсутствия ресничек
В более ранних исследованиях ученые обнаружили, что волосатые черви лишены ресничек там, где их обычно можно было наблюдать. У сперматозоидов волосатых червей, например, отсутствуют хвосты. Однако отсутствие визуальных признаков наличия ресничек у волосатиков не считалось окончательным доказательством их отсутствия. Бруно де Медейрос, куратор отдела насекомых-опылителей в Полевом музее и соавтор статьи, утверждает: «Без геномов потребовалось бы изучение всех клеток на всех стадиях жизни у всех видов».
«Основываясь на предыдущих наблюдениях, казалось, что волосатые черви не имеют ресничек, но мы не знали наверняка», — говорит Кунья. «Теперь с геномами 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 руке Бруно де Медейроса в Национальном памятнике Мьюир Вудс в Калифорнии. Предоставлено: Бруно де Медейрос.
Понимание эволюционных моделей 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, вероятно, произошло в глубоком прошлом их общего предка. «Вполне вероятно, что потеря произошла на раннем этапе эволюции группы, и они просто продолжали в том же духе», — говорит Кунья.
Это откровение прокладывает путь для множества новых вопросов. Неясно, как отсутствие ресничек влияет на волосяных червей и связано ли паразитическое поведение волосяных червей с отсутствующими ресничками. «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 Кунья. «Но у паразитических организмов в целом часто отсутствует множество генов. 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 чертами «контроля над разумом». Подобное поведение наблюдается у простейших, ответственных за токсоплазмоз, который снижает страх грызунов перед кошками, и у грибка Ophiocordyceps , прославившегося благодаря видеоигре и телешоу The Last of Us, который манипулирует муравьями, чтобы они рассеивали споры грибка.
Хотя эти организмы лишь отдаленно связаны с волосяными червями, Кунья считает, что новое исследование может помочь ученым в выявлении общих закономерностей того, как функционирует это поведение. «Проводя этот сравнительный анализ организмов в будущем, мы могли бы найти сходство. Или, может быть, эти организмы развили сходное поведение совершенно разными способами», — говорит Кунья.
Ссылка: «Грандиозная потеря универсальных генов многоклеточных животных, выявленная сборкой генома на уровне хромосом паразитического нематоморфа», Тауана Дж. Кунья, Бруно А.С. де Медейрос, Арианна Лорд, Мартин В. Соренсен и Гонсало Гирибет, 18 июля 2023 г., Current Biology .
DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.003