Zombie tekniker i vilda djur
Medan vissa människor skrämmer med zombier genom TV- och konspirationsteorier, och andra halvt skämtsamt kallar fostret i livmodern för en parasit som manipulerar henne, dämpar verkliga manipulatorparasiter framgångsrikt sina herrar och förvandlar dem till zombier. Och dessa system har fungerat i tiotals miljoner år, och inte några eländiga tiotals århundraden, medan den historiska perioden av Homo Sapiens varar. Andra biologiska "zombier" - de "vandrande döda" - lurade på grenarna på det evolutionära trädet och till och med inuti våra celler. Ytterligare andra går på gatorna och tror att alla runt omkring redan är döda, vilket innebär att du kan begå brott, för de bryr sig inte längre. Så vem kallar forskare zombies och var hittar man dem? Låt oss ta reda på det.
Zombie under mikroskopet
Låt oss börja med det faktum att inte bara hela organismen utan också enskilda celler kan få uppstå från de döda och underordnas deras vilja. Mycobacterium tuberculosis vet mycket väl hur man gör detta. Denna bakterie, som orsakar tuberkulos, förökas i människokroppens celler. Det sätter sig också in i makrofager - immunceller som äter farliga "outsiders". Efter infektion blir makrofagens membran läckande, vilket nästan alltid betyder en viss död för en cell. Men mykobakterier vill inte förlora sina "inkubatorer" så lätt, så de tillåter inte redan praktiskt taget döda celler att dö till slutet och förvandlar dem till zombiefabriker som kan producera nya tuberkelbaciller och gömma sig från antibakteriell terapi.
Om du krymper längre och tittar ännu djupare kan zombier hittas i oss alla. Dessutom, utan dem kunde vi inte ha fötts. Det är åtminstone vad författarna till hypotesen om "zombiecentrioles", publicerad i den vetenskapliga tidskriften Frontiers in Cell and Developmental Biology, tycker. Centriolen är nio tripletter (tripletter) av mikrotubuli. Centrioler "orkestrerar" celldelning och bildar en delningsspindel som drar kromosomer (eller deras halvor, beroende på typen av delning) till cellens poler. Det har fastställts att centrioler ärvs från fadern hos de flesta djur, under sexuell reproduktion, men hos människor och andra däggdjur, såväl som insekter, ändras spermiernas centrioler (eller saknas helt). Varifrån kommer de två centriolerna i ett befruktat ägg? I insekter finns det till exempel bara en centriole i spermiecellen. Hos människor är ingenting klart överhuvudtaget: det verkar som om vissa forskare observerade i ett befruktat ägg så många som tre istället för de normala två, och i en mus sågs centrioler inte alls förrän cellen delades upp i 32 eller 64.
Ledtråden, enligt författarna till artikeln, är enkel: det finns två centrioler i spermacellen, men en av dem är modifierad, försämrad. Den "döda" centriolen kan dock dela sig och fungera utan att återställas till sin normala form. "På grund av det faktum att de samtidigt försämras (" döda ") och funktionella (" levande ") kallade vi dem zombiecentrioler," skriver författarna till arbetet. När centrioler befruktas till en zygot kan denna zombiecentriole bilda en dotter normal centriole, så det finns tre centrioler.
En ännu konstigare sak än zombiecentrioler (men definitivt existerande i verkligheten) är zombieekorrar. Forskare från England, Australien och Norge skrev en hel recension om dem och klagade på att "zombieproteinerna" utan enzymatisk aktivitet, för att uttrycka det milt, inte gynnas av sina kollegor.
Kampanjvideo:
Och helt förgäves: de är närvarande i alla levande riken och upptar 10-15% av genomet. Om de inte behövdes skulle naturligt urval långsamt rensa dem (det är också ett nöje att slösa bort energi på att syntetisera värdelöst skräp), men detta händer inte. Och om vi börjar förstå att även icke-kodande "skräp" -DNA faktiskt inte bara tar plats i genomet av en anledning, så skulle de kodande generna från vilka även icke-funktionella proteiner produceras verkligen vara meningsfulla. Sådana”zombier” kan påverka deras fungerande prototyp, byta dess aktivitet, fästa den på rätt plats i cellen - det vill säga leva ett helt liv efter dess”funktionella död”.
Och zombien sitter på grenarna
Vad sägs om växter? Vi kommer inte oförtjänt att kringgå dem i vår historia. Dessutom kan de också bli zombies. På grund av fytoplasmabakterier växer zombieväxter löv på kvistar istället för blommor. De kan inte längre föröka sig och, som makrofager koloniserade av tuberkelbasiller, bli fabriker för produktion av bakterier.
Encelliga växter gör växter med svagt vilja med hjälp av SAP54-proteinet, som samverkar med proteinerna i MADS-domänen (nej, de ansvarar inte för galenskap utan för bildandet av en blomma). Under utvecklingsprocessen lärde sig bakterieproteinet SAP54 att likna K-domänproteinet, som normalt interagerar med MADS - så det hackades in i systemet för tillgång till växtkontroll.
Men inte bara grenarna av växter kan bli "zombier". Forskare kan också kalla grenarna i det evolutionära trädet det. Mycket kontroverser kring modellen för däggdjursutveckling efter krita-paleogen-utrotningen, som förstörde dinosaurier och många andra djur och växter. Det finns två versioner av dessa händelser. Enligt den första "explosiva" modellen med den "långa säkringen explosiva modellen" divergerade förfäderna till olika ordningar först inom däggdjursklassen, och sedan uppträdde arten inom varje ordning. Den korta säkringsexplosiva modellen antar att dessa händelser inträffade nästan samtidigt. Nyligen föreslogs en "mjuk explosionsmodell", enligt vilken vissa linjer uppstod under krittiden, och efter utrotningen inträffade den huvudsakliga "explosionen".
Problemen och svagheterna i den senare modellen avslöjar spökgrenarna och zombiegrenarna som har uppstått på det evolutionära trädet. De första dyker upp på grund av det faktum att de fossila uppgifterna är ofullständiga: inga förfäder hittades och ättlingarna var på plats. De senare är mer problematiska eftersom de inträffar innan molekylära data förutspådde avvikelsen mellan sina förfädersgrupper.
Författarna till artikeln Molecular Phylogenetic and Evolution analyserar alla tre modellerna och argumenterar för en "lång säkringskabel", vilket visar att uppdelning på ordningsnivå sannolikt började i krita. Detta koncept gör att du kan besegra zombiegrenarna och förfina däggdjurens evolutionära träd.
Terrorismaskar inne i kräftor och myror
Under utvecklingen har parasiter förvärvat en omfattande uppsättning zombieteknologier. Här används alla medel: manipulation, tro på falskheten i signalerna från sina egna sinnen, krig med immunitet och förfalskade hormoner.
"Neuroparasitology är en vetenskap på gränsen till science fiction", skriver Michael Dickinson, medredaktör för The Journal of Experimental Biology, vid University of Washington. Denna fras är kryddad med en blandning av skräck och beundran: från begäran "ät inte mig, jag kommer fortfarande att vara användbar för dig", riktad till någon annans immunsystem, till lömsk manipulation och zombifiering av ägarna - ett steg. Och du kan gå igenom det genom att smida molekyler som används för att kommunicera av värdens celler.
Ibland verkar det inte ge mycket mening. Det finns gammarus kräftdjur, som tillhör amfipodernas ordning (de kallas det för att de bokstavligen simmar i sidled). Men när de attackeras av parasiter förlorar kräftdjur kontrollen över sig själva och börjar röra sig som alla andra kräftdjur och till och med simma till ljuset istället för att gömma sig från det.
Gammarus kräftdjur. WithJulie / Flickr
Som ett resultat är de mer benägna att äta av fisk, som parasiten behöver komma in i. Forskare kunde påverka rörelsen av gammarus med serotonin och visade att parasiterna sannolikt påverkar immunsvaret, vilket får nervsystemet i kräftdjur att bli inflammerade. Som ett resultat störs arbetet hos neurotransmittorn serotonin, en mellanliggande molekyl som överför signaler mellan nervceller, såväl som mellan nervceller och andra celler. Kräftdjuret får inte korrekt visuella och doftande signaler och simmar mot sin död.
Det händer att parasiter måste spendera "barndom" i en organism, "tonår" i en annan och växa upp i en tredje. Så här passerar snäckormen, lansettformad Dicrocoelium dendriticum, genom sitt liv.
Dess ägg ska ligga i jorden, framtida flukar skickas till "dagis" inuti snigeln. Vid nästa steg simmar de fritt under en tid i form av cercariae larver med svansar, sedan sväljs de av en myra, varefter de blir metacercariae.
Men inte alla cercariae kommer att gå igenom myran "skolan": en av dem är avsedd att dö för att låta resten växa upp. Den kryper in i den subofaryngeala ganglionen hos en myra, den nedre halvan av hjärnprototypen som insekter har. Där sätter sig cercaria bekvämare och omger sig med ett tunt skal och sätter sig vid "kontrollpanelen". Från och med nu fungerar myran under dagen, som alla sina bröder, men på natten blir den till en svagvillig zombie. Den lämnar myrstolen, klättrar upp på ett grässtrå, griper den med tänderna och väntar tills den sväljs av ett däggdjur: en zombiemyr är bara en sexbentransport kapad av maskar för att uppnå sitt omhuldade mål, som blir levern eller gallgångarna hos ett får eller en ko. Där kommer maskarna att trivas och kan multiplicera upp till tiotusentals individer.
Utvecklingscykel / Dicrocoelium dendriticum Wikimedia Commons
Andra parasiter, hårmaskar, skickar gräshoppor och kackerlackor till viss död, vilket tvingar dem att hoppa i vattnet, där fisken, nästa parasitvärd, måste äta insekterna.
Katter och möss och onda blommor på ett rymdskepp
Men om det inte är så svårt att zombifiera en myra eller ett kräftdjur, så är "hacka" hjärnan hos ett stort och komplext ryggradsdjur en uppgift för de mest avancerade "hackarna". Därför är det mest kända och till och med kanoniska exemplet på zombifiering naturligtvis toxoplasmos. Denna sjukdom orsakas av den enklaste Toxoplasma gondii. Toxoplasma, till skillnad från maskar larver, består av endast en cell, men kan underkasta biljoner främlingar.
Den ultimata destinationen för Toxoplasma-rutten, deras utlovade land, är katten. Omedelbart kan smygande encelliga parasiter sällan komma in i det, så oftast ligger vägen till Toxoplasma-paradiset genom döden. Det är sant, inte deras egna: för att komma till katten använder de mindre fordon - råttor, möss eller fåglar.
Hos dessa djur genomgår Toxoplasma olika omvandlingar. En gång i hjärnan producerar de tyrosinhydroxylas, ett protein som reglerar hastigheten med vilken hormonet dopamin syntetiseras. Detta hormon, förknippat med nöje och förtroende, är en viktig länk i systemet för motivation och belöning. Efter att ha undergått löfte om lycka, blir den mycket inre moroten på en fiskespö av någon motivation, gnagare eller fåglar orädda och själva börjar leta efter möten med ett fluffigt odjurs klo tassar.
Tyrosinhydroxylasmolekyler ser ut som ofarliga blommor, men i Toxoplasmas händer förvandlas de till ondskans blommor, och inte i Baudelaire-meningen, utan i verklig mening / Gla086 / Wikimedia Commons
Men även de vackraste mekanismerna kan misslyckas. Tänk dig att du måste stjäla en bil eller en helikopter för att komma till exempelvis en paradisö där ett lugnt liv väntar dig. Men då händer det oväntade: din nästa trupp av misstag visar sig vara i ett rymdskepp. Du har lärt dig att kapa bilar och flygplan, du vet hur man styr dem, gömma sig från vakter - immunsystemet - och multiplicera, fylla i olika vävnader, du har gjort dina offer mer attraktiva för motsatt kön, du hotar till och med de hawaiiska gäspopulationerna genom att "kapa" på vissa ställen innan 48% av dem. Men du har inte lärt dig att flyga rymdfarkoster. I allmänhet flyger ditt skepp till Mars på autopilot. Det finns inte bara någon paradisö nu, du har inte heller någon rymddräkt med dig. Naturligtvis har rymdskeppet knappar inuti, liknande desom du är van vid att klicka på - men ibland fungerar de på ett helt annat sätt.
Dessutom kan offrets immunsystem också påverka nervsystemet (till exempel genom inflammation, som i samma gammarus) och förändra deras beteende - och inte alltid i den riktning som Toxoplasma är till nytta.
Zombifying People: Echoes of Mouse Love and the Apocalypse i New York
Förmodligen så skulle Toxoplasma känna om det kunde bedöma sina chanser att lyckas genom att smitta en person. Det är osannolikt att katten äter den, och den reagerar på stimuli av Toxoplasma på sitt eget sätt. Till exempel har han en ökning av schizofreni eller en ökad risk för dess manifestation. Undersökningar av smittade visar också att Toxoplasmas offer blir långsammare och mer passiva i närvaro av fara, instinkt för självbevarande blir svagare, och även om patienter i allmänhet är mer irriterade, vill de inte kämpa för någonting. I skrämmande situationer - i en mörk skog, i ett tomt hus på natten - förblir de lugna.
Människor kan också få dramatiska förändringar i deras misstankar och sällskap. Kvinnor blir vänligare och mer altruistiska, medan män tvärtom inte vill dela någonting. Misstanke om smittade påverkas inte bara av kön utan också av bostadsort: urbana män och bykvinnor blir mer förtroende på grund av Toxoplasma, medan bymän och urbana kvinnor tvärtom letar efter en fångst i allt.
Återigen ser vi parasitens “dopamin” handskrift, som påminner om att detta hormon påverkar manliga och kvinnliga däggdjur olika. Experiment med prärievalsar, modeller av kärlek och trohet i gnagarvärlden, har visat att dopamin inte bara behövs för att bindas till ens själsfrände utan också för aggression mot främlingar. Sådana influenser kan drabba män och kvinnor på olika sätt: vissa behöver skydda territoriet, andra måste vara bundna och vara vänliga. Kanske känns detta svar också i skillnaderna i beteende hos män och kvinnor som är smittade med Toxoplasma - även om människor naturligtvis inte är möss och gränssnittet för Toxoplasma inte är så bekvämt.
Men Toxoplasma lär sig inte av sina misstag och fortsätter att bryta sig mot rymdskepp: i regioner där sanitet inte är särskilt populärt och mycket rå kött hamnar i mat bildar mer än hälften av folket antikroppar mot Toxoplasma. Detta innebär att de är sjuka eller åtminstone träffat dessa parasiter tidigare. Det är inte lätt att bota denna infektion med antibiotika: någonstans överlever en vilande form av parasiten - en cysta, som alltid är redo att föröka sig igen. Och återigen är en människa inte längre exakt han, utan ett Toxoplasm-rymdskepp som styrs inifrån och strävar inuti en ouppnåelig katt.
Men det finns andra scenarier för en zombieapokalyps. Växter kan också vara inte bara offer, eftersom droger som erhålls från dem kan förgifta människor. Historien om hur kemister, samtidigt som de undersöker cannabinoidreceptorer (som inte bara reagerar på narkotiska cannabinoider, utan också på många av kroppens inre neurotransmittorer), av misstag framkallade "zombier" på New Yorks gator, är inte handlingen i en film om apokalypsen, utan temat för den verkliga vetenskaplig artikel publicerad i The New England Journal of Medicine i januari 2017.
Den 12 juli förra året skickades snabba enheter för att hitta och fånga olyckliga människor som uppför sig precis som zombier. I Brooklyn, New York, hittades totalt 33 personer som gick runt på gatorna mekaniskt med tomma, obegripliga ögon. Människor rörde långsamt, som somnambulister, sina händer och morrade som riktiga zombier. Åtta nyligen präglade "zombier" testades med avseende på urin och blod. Efter en undersökning som varade i 17 dagar kunde forskare fastställa att den skyldige var en cannabinoid som nyligen syntetiserats för att söka efter droger, som människor köpte under sken av örtläkemedlet AK-47 24 Karat Gold, som påverkade den första typen av cannabinoidreceptorer.
Läs fortsättningen här.
Ekaterina Mishchenko