egyetemi PARK, Pa. – A Penn State kutatói által vezetett tanulmány szerint egy gombás parazita, amely megfertőzi a hangyákat, és manipulálja viselkedésüket, hogy a gomba reprodukciója javát szolgálja.,
Helyett, Ophiocordyceps unilateralis értelemben lato — egy komplex faj néha “zombi hangya gomba” — körülveszi, s megtámadja izomrostok szerte a hangya testét, majd a gombás sejtek alkotnak egy 3-D-hálózat, amely lehetővé teszi számukra, hogy közösen ellenőrizzék a fogadó viselkedés, a kutatók szerint.
a Korábbi kutatások azt mutatták, hogy ez a faj-specifikus parazita, irányítja a viselkedést az ács hangya dolgozók, hajtotta őket mászni növényzet, majd beleharap az alsó levelek vagy gallyak, ahol meghalnak., Mint a gomba nő a hangya hulla termel egy száron, hogy kiáll a hangya fejét kibocsátások fertőző spórák a földre alá, ahol tudják megfertőzni más táplálkozás hangyák.,
“ahhoz, Hogy jobban érthető, hogy az ilyen mikrobiális paraziták ellenőrző állat viselkedése, úgy néztünk ki, a sejt-szintű kölcsönhatások között a parazita pedig a carpenter-hangya fogadó a döntő pillanatban a parazita életciklus — amikor a manipulált fogadó öngyógyító véglegesen, hogy a növényzet által a csáprágó,” mondta a vezető szerző Maridel Fredericksen, egykori mester fokozatot diák rovartani a Penn State, most egy doktorjelölt, a University of Basel Zoológiai Intézet, Svájc.,
“a gomba ismert, hogy szövetspecifikus metabolitokat választ ki, és változásokat okoz a gazdaszervezet gén expressziójában, valamint atrófiát okoz a hangya gazdaszervezetének állkapocsizmaiban” – mondta. “A megváltozott gazdaszervezet viselkedése a mikrobiális parazita génjeinek kiterjesztett fenotípusa, amelyet a gazdaszervezet testén keresztül fejeznek ki. De nem ismert, hogy a gomba hogyan koordinálja ezeket a hatásokat a gazda viselkedésének manipulálására.”
ennek kivizsgálására a kutatócsoport az O. unilateralis S.l., vagy generalista gomba kórokozó, Beauveria bassiana, hogy különbséget tenni a hatások, amelyek közös, hogy a patogén gombák azok, amelyek konkrét O. unilateralis s.l.
A soros blokk-arc pásztázó elektron mikroszkópos, a csapat létrehozott 3d-s képi megjelenítés meghatározza az elosztó, bőség, illetve kölcsönhatások a gombák belül a szervek a hangyák. Ez a technológia alkalmazása áttörést jelentett a parazita-gazdarendszer tanulmányozásában David Hughes, a Penn State entomológia és biológia docense szerint.,
a Munka társszerzője Missy Hazen a Mikroszkópos, illetve Cytometry Létesítmény, a Penn State Huck Intézmények, a természettudományok, a kutatók vette szelet szövet 50 nanométeres valamint a rögzített képek minden szelet, használja a gép, ismételje meg ezt a folyamatot 2000-szer több, mint 24 óra.
“ezeket a szeleteket összeragasztva 3D-ben rekonstruálhatjuk őket, így mikronszintű képet kapunk a gomba és a gazda közötti kölcsönhatásról, hihetetlenül nagy felbontással” – mondta Hughes. “Ez példátlan nézet arról, hogy egy manipulátor hogyan irányítja a gazdáját.,”
az ilyen mennyiségű adat feldolgozásához a tudósok ezután mesterséges intelligenciát (AI) és gépi tanulási algoritmusokat alkalmaztak a képek elemzésére.
“Munkatársaink a Notre Dame-ban mély tanulással képezték ki a számítógépeket, hogy megkülönböztessék a gombákat és a hangyasejteket, így meg tudtuk határozni, hogy a szervezet mennyi hangya és mennyi gomba” – magyarázta Hughes.,
Egy hangya manipulálni a “zombi hangya gomba” harap rá az alsó egy gally — az utolsó felvonás előtt hal meg, hogy egyre platform gombás reprodukció.
“A fejlődés, a legmodernebb, mély-tanulási modell azonosító gombás, valamint a hangya-sejtek teljes együttműködési csapatmunka” – mondta Danny Csen professzor, a computer science and engineering, University of Notre Dame-katedrálistól., “A Penn State group sok címkézett képadatot készített, amelyeket csoportunk a mély neurális hálózat modelljének képzésére, tesztelésére és javítására használt. Elképesztő volt látni, hogy a biológusok és az AI kutatói milyen jól dolgoztak együtt, hogy ilyen hatékonyan kezeljék ezt a problémát.”
Az eredmények, megjelent a Proceedings of the National Academy of Sciences, azt mutatta, hogy O. unilateralis s.l. sejtek, mindenütt jelen van szinte minden régiójában a fogadó hangya szervek, beleértve a fej, mellkas, has, lábak., Ezen túlmenően ezeknek a gombasejteknek nagy részét összekapcsolták, ami arra utal, hogy hálózatot alkotnak a gazda viselkedésének kollektív ellenőrzésére.
“azt találtuk, hogy a gazdaszervezet sejtjeinek nagy százaléka gombás sejt volt” – mondta Hughes. “Lényegében ezek a manipulált állatok gomba voltak a hangyák ruházatában.”
bár a gombasejtek közvetlenül az agyon kívül koncentrálódtak, a kutatók nem figyeltek meg gombás sejteket az agyban.,
“általában az állatokban a viselkedést az agy irányítja, amely jeleket küld az izmoknak, de eredményeink azt sugallják, hogy a parazita periférikusan szabályozza a gazdaszervezet viselkedését” – mondta Hughes. “Majdnem olyan, mint egy bábos húzza a húrok, hogy egy marionett mozog, a gomba irányítja a hangya izmait, hogy manipulálják a gazda lábát, mandibles.”
bár a gazdaagyat nem támadják meg a gombasejtek, a korábbi munka kimutatta, hogy az agy kémiailag megváltoztatható a parazita által, Hughes megjegyezte.,
” feltételezzük, hogy a gomba megőrzi az agyat, így a gazda túlélheti, amíg el nem végzi a végső harapási viselkedését — a gombás reprodukció kritikus pillanatát. De további kutatásokat kell végeznünk, hogy meghatározzuk az agy szerepét, és mennyire irányítjuk a gomba gyakorlását rajta.”
A tanulmány többi kutatója Yizhe Zhang, a Notre Dame-i Egyetem Számítástechnikai és mérnöki Tanszékének munkatársa; Raquel Loreto, posztdoktori tudós az entomológiában, Penn State; és Colleen Mangold, posztdoktori biokémia és molekuláris biológia, Penn State.,
a National Science Foundation, a National Institutes of Health, A Comissao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nival Superior-Brazília, valamint az American Heart Association támogatta ezt a munkát.