UNIVERSITY PARK, Pa. — Sieni-loinen, joka tarttuu muurahaisia ja manipuloi niiden käyttäytyminen hyötyä sieni’ lisääntyminen tekee tämän feat ilman tartuttamisesta muurahaisia aivot, mukaan tutkimus johti Penn State tutkijat.,
sen Sijaan, Ophiocordyceps unilateralis sensu lato — monimutkainen laji, joskus kutsutaan ”zombie ant-sieni” — ympäröi ja tunkeutuu lihassyiden koko muurahaisen ruumiin, ja sieni-solut muodostavat 3-D-verkkoon, joka voi antaa heille mahdollisuuden kollektiivisesti hallita host käyttäytymistä, tutkijat sanoivat.
aikaisemmat tutkimukset osoittivat, että tämä lajikohtainen loinen säätelee puuseppämuurahaisten käyttäytymistä pakottaen heidät kiipeämään kasvillisuutta ja puremaan lehtien tai oksien alapintaan, jossa he kuolevat., Koska sieni kasvaa ant ruumis, se tuottaa varsi, joka työntyy ant pään ja päästöt itiöt tarttuvat kiinni maahan alla, jossa he voivat tartuttaa muut juurikasvit muurahaisia.,
”paremmin ymmärtää, miten tällainen mikrobien, loisten valvonta eläinten käyttäytyminen, me katsoimme solu-tason vuorovaikutusta loinen ja sen puuseppä-ant isäntä ratkaisevalla hetkellä loinen elinkaaren aikana — kun manipuloida isäntä kiinnittyy pysyvästi kasvillisuuden sen myrkkyhampaat”, sanoo johtaa kirjailija Maridel Fredericksen, entinen master-tutkinnon opiskelija entomology Penn State, nyt tohtorikoulutettava Yliopistossa Basel Eläintieteellinen Instituutti, Sveitsi.,
”sieni on tunnettu erittää kudos-erityinen aineenvaihduntatuotteiden ja aiheuttaa muutoksia host geenien ilmentyminen sekä surkastumista alaleuan lihakset sen ant isäntä,” hän sanoi. ”Se muuttaa isännän käyttäytymistä on laajennettu fenotyyppi mikrobien loinen geenit ilmaistaan kehon kautta sen isäntä. Mutta ei tiedetä, miten sieni koordinoi näitä vaikutuksia manipuloidakseen isännän käyttäytymistä.”
tutkimaan, tutkimusryhmä tartunnan muurahaisia joko O. unilateralis s.l., tai yleis sieni taudinaiheuttaja, Beauveria bassiana, erottaa toisistaan ne vaikutukset, jotka ovat yhteisiä patogeenisten sienten niiltä, jotka ovat ominaisia O. unilateralis s.l.
Käyttämällä sarja-lohko-face scanning-elektronimikroskoopilla, joukkue loi 3-D visualisointi määrittää jakelu, runsautta ja vuorovaikutuksesta sienet sisällä elinten muurahaisia. Tämä käyttää teknologiaa oli läpimurto tutkimuksessa tämä loinen-isäntä järjestelmä, mukaan vanhempi kirjailija David Hughes, dosentti entomologia ja biologian, Penn State.,
Työskentely co-kirjailija Missy Hazen vuonna Mikroskopia ja Cytometry Laitoksen Penn State n Huck Institutes of Life Sciences, tutkijat ottivat viipaletta kudos 50 nanometriä ja otetut kuvat kunkin siivu, käyttäen kone, joka voisi toistaa, että prosessi 2000 kertaa yli 24 tunnin aikana.
”pinoamalla näitä viipaleita, voimme rekonstruoida ne 3-D, antaa meille apple-tasolla tarkastella vuorovaikutuksen sieni ja isäntä, kanssa uskomattoman korkea resoluutio,” Hughes sanoi. ”Tämä on ennennäkemätön näkemys siitä, miten manipuloija hallitsee isäntäänsä.,”
prosessi, että tiedon määrää, tutkijat sitten palveluksessa tekoäly (AI) ja kone-oppimisen algoritmeja analysoida kuvia.
”Meidän yhteistyökumppaneita Notre Dame oli mahdollisuus käyttää syvällisen oppimisen kouluttaa tietokoneiden erottaa sieni-ja ant-solut, jotta voisimme määrittää, kuinka paljon organismi on muurahainen ja kuinka paljon on sieni,” Hughes selitti.,
muurahainen manipuloida ”zombie ant-sieni” puree kiinni alapintaan oksa — sen viimeinen teko ennen kuolemaa ja tulossa alustan sieni lisääntymiselle.
”kehitys leikkaus-reuna, syvä-learning-malli tunnistaa sieni-ja ant soluja oli täydellinen ja yhteistoiminnallinen tiimityö,” sanoi Danny Chen, professori computer science and engineering, University of Notre Dame., ”Penn State group tuotti paljon merkittyä kuvadataa, jota ryhmämme käytti syvähermoverkkomallimme kouluttamiseen, testaamiseen ja parantamiseen. Oli todella hämmästyttävää nähdä, miten hyvin biologit ja tekoälytutkijat tekivät yhteistyötä tämän ongelman ratkaisemiseksi niin tehokkaasti.”
tulokset, julkaistiin Proceedings of National Academy of Sciences, osoitti, että O. unilateralis s.l. solut olivat läsnä koko lähes kaikilla alueilla isäntä ants’ elimet, kuten pään, rintakehän, vatsan ja jalat., Lisäksi suuri osa näistä sieni-solut olivat kytketty, mikä viittaa siihen, että ne muodostavat verkon valvonta isännän käyttäytymistä yhdessä.
”havaitsimme, että suuri osa isännän soluista oli sienisoluja”, Hughes sanoi. ”Pohjimmiltaan nämä manipuloidut eläimet olivat sieni muurahaisten vaatteissa.”
Kuitenkin, vaikka sieni-solut olivat keskittyneet suoraan aivojen ulkopuolella, tutkijat havaittu mitään sieni-soluja aivoissa.,
”Yleensä eläinten käyttäytymistä ohjaa aivojen lähettää signaaleja lihaksia, mutta meidän tulokset viittaavat siihen, että loinen on valvoa isäntä käyttäytyminen perifeerisesti,” Hughes sanoi. ”Melkein kuin nukketeatterin vetää naruista, jotta marionetti liikkua, sieni ohjaa ant lihaksia manipuloida isännän jalat ja mandibles.”
Vaikka isäntä aivot ei ole tunkeutuu sieni-soluja, edellinen työ on osoittanut, että aivot saattavat olla kemiallisesti muutettu loinen, Hughes totesi.,
”oletamme, että sieni voidaan säilyttää aivot, joten isäntä voi selviytyä, kunnes se suorittaa sen lopullinen puree käyttäytymistä — se kriittinen hetki sieni lisääntymiselle. Mutta meidän täytyy tehdä lisätutkimuksia määrittää aivojen rooli ja kuinka paljon hallita sieni harjoituksia sen yli.”
Muut tutkijat tutkimus olivat Yizhe Zhang, Department of Computer Science and Engineering, University of Notre Dame; Raquel Loreto, post doc-tutkija entomologia, Penn State, ja Colleen Mangold, post doc-tutkijana biokemian ja molekyylibiologian, Penn State.,
National Science Foundation, National Institutes of Health, Comissao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nival Superior-Brasilia, ja American Heart Association tukivat tätä työtä.