UNIVERSITY PARK, Pa. — Plísňové infekce, která napadá mravence a ovládá své chování ve prospěch houba‘ reprodukce dosahuje tento výkon bez nakažení mravenci mozek, podle studie vedené Penn Stav výzkumných pracovníků.,
Místo toho, Ophiocordyceps unilateralis sensu lato — komplex druhů, někdy se nazývá „zombie ant houba“ — obklopuje a napadne svalových vláken po celé mravenčí tělo, a houbové buňky tvoří 3-D sítě, které mohou umožnit jim, aby společně control chování, vědci řekl.
Předchozí výzkum ukázal, že tento druhově specifický parazit ovládá chování carpenter ant pracovníků, donutí je vylézt vegetace a kousat do spodní straně listů nebo větviček, kde zemřou., Jak houba roste v mravenci, produkuje stonku, která vyčnívá z mravenčí hlavy a vypouští infekční spory na zem níže, kde mohou infikovat jiné mravence.,
„Aby lépe pochopit, jak takové mikrobiálních parazitů kontrolu chování zvířat, jsme se podívali na buňku úroveň interakce mezi parazitem a jeho tesař-ant hostit v rozhodující chvíli, v ten parazit životního cyklu — když manipulovat hostitele, váže trvale vegetace, jeho kusadla,“ řekl vedoucí autor Maridel Fredericksen, bývalý magisterské student v entomologii na Penn State, nyní doktorand na Univerzitě v Basileji, Zoological Institute, Švýcarsko.,
„houba je známo, vylučují tkáňově specifické metabolity a způsobit změny v hostitelské genové exprese, stejně jako atrofie v dolní čelisti svaly jeho ant hostitel,“ řekla. „Změněné chování hostitele je rozšířeným fenotypem genů mikrobiálního parazita vyjádřených tělem jeho hostitele. Ale není známo, jak houba koordinuje tyto účinky, aby manipulovala s chováním hostitele.“
výzkumný tým infikoval mravence buď o. unilateralis s. l., nebo s univerzálními houbovým patogenem, Beauveria bassiana, rozlišovat mezi účinky, které jsou společné pro patogenní houby od těch, které jsou specifické pro O. unilateralis s.l.
Pomocí sériového bloku-čelit skenování-elektronová mikroskopie, tým vytvořil 3-D vizualizace k určení rozložení, množství a interakce hub uvnitř těla mravence. Toto použití technologie představuje průlom ve studiu tento parazit-hostitel systém, podle senior autor David Hughes, profesor entomologie a biologie, Penn State.,
Práce s co-autor Missy Hazen ve Mikroskopie a Cytometrie Zařízení z Penn State Huck Ústavů z oblasti přírodních Věd, vědci vzali plátky tkáně na 50 nanometrů a pořízené snímky na každý plátek, pomocí stroje, který by se mohl opakovat, že proces 2.000 krát v průběhu 24-hour období.
„vrstvením těchto plátky, můžeme rekonstruovat je v 3-D, což nám dává micron-level pohled na interakce mezi houbou a hostitelem, s neuvěřitelně vysokým rozlišením,“ Hughes řekl. „Jedná se o bezprecedentní pohled na to, jak manipulátor ovládá svého hostitele.,“
pro zpracování tohoto množství dat pak vědci použili algoritmy umělé inteligence (AI) a strojového učení k analýze obrázků.
„Naše spolupracovníky v Notre Dame byli schopni používat hluboké učení na vlak počítačů rozlišovat mezi houbovým a ant buněk, takže jsme mohli určit, jak velká část organismu je mravenec a jak moc je houba,“ Hughes vysvětlil.,
mravenec manipulovat „zombie ant houba“ kousnutí na spodní větvička — jeho poslední čin před smrtí a stává platformou pro houbové reprodukci.
„vývoj řezání-hrana, deep-learning model pro identifikaci plísňových a ant buněk byla kompletní a spolupráce týmová práce,“ řekl Danny Chen, profesor počítačové vědy a inženýrství, University of Notre Dame., „Penn State group vyrobila mnoho značených obrazových dat, které naše skupina použila pro výcvik, testování a zlepšení našeho hlubokého modelu neuronové sítě. Bylo opravdu úžasné vidět, jak dobře biologové a výzkumníci AI spolupracovali na řešení tohoto problému tak efektivně.“
výsledky, publikované v Proceedings of the National Academy of Sciences ukázal, že O unilateralis s.l. buňky byly přítomny v celém prakticky ve všech regionech hostitelského mravence těla, včetně hlavy, hrudníku, břicha a nohy., Kromě toho byla připojena velká část těchto houbových buněk, což naznačuje, že tvoří síť pro kolektivní kontrolu chování hostitele.
„zjistili jsme, že vysoké procento buněk v hostiteli byly houbové buňky,“ řekl Hughes. „V podstatě byla tato manipulovaná zvířata houbou v mravenčím oděvu.“
přestože byly houbové buňky koncentrovány přímo mimo mozek, vědci nepozorovali žádné houbové buňky uvnitř mozku.,
“ normálně u zvířat je chování řízeno mozkem, který vysílá signály do svalů, ale naše výsledky naznačují, že parazit periferně řídí chování hostitele,“ řekl Hughes. „Skoro jako loutkář tahá za nitky, aby se loutky pohybují, houba ovládá mravence svaly manipulovat hostitele nohy a kusadla.“
přestože hostitelský mozek není napaden houbovými buňkami, předchozí práce ukázala, že mozek může být parazitem chemicky změněn, poznamenal Hughes.,
“ předpokládáme, že houba může zachovat mozek, aby hostitel mohl přežít, dokud nevykoná své konečné kousání — ten kritický okamžik pro reprodukci hub. Musíme však provést další výzkum, abychom určili roli mozku a kolik kontroly nad ním houba cvičí.“
Další badatelé o studii byly Yizhe Zhang, Department of Computer Science and Engineering, University of Notre Dame; Raquel Loreto, postgraduální vědec v entomologie, Penn State; a Colleen Mangold, postdoktorand v biochemii a molekulární biologii, Penn State.,
National Science Foundation, National Institutes of Health, Comissao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nival Superior-Brazílie, a American Heart Association podpořila tuto práci.