Przeczołgać się przez mózg i nie zgubić się

Jeśli nigdy nie spotkaliście osy szmaragdowej, pozwólcie, że przedstawię mojego małego przyjaciela.

Osa (Ampulex compressa) przez pierwszy okres swojego życia jest pasożytem i rośnie wewnątrz ciała żywego karalucha. Już to jest fascynująco koszmarne, ale to, jak dostaje się do karalucha jest makabrycznie zachwycające. Jej matka musi wystąpić w roli neurochirurga.

Samica osy wyszukuje karalucha gospodarza i zastawia na niego pułapkę. Żądli go w tułów i wstrzykuje paraliżującą porcję jadu, który na kilka minut unieruchamia owada. Wyciąga żądło, a następnie daje drugi zastrzyk, tym razem w głowę karalucha, dostarczając więcej chemikaliów w dwa miejsca mózgu gospodarza.

Wynikiem jest karaluch zombi. Neurochirurchicznie zmienionej ofierze przechodzi paraliż, ale obecnie nie ma już ochoty ani na ucieczkę, ani na walkę. Osa pociąga czułek i prowadzi karalucha, jak psa na smyczy, do norki. Tam przykleja jajeczko na brzuchu karalucha. Wychodzi z norki i zakleja ją. Karaluch stoi nieruchomo w ciemności, kiedy larwa osy wykluwa się z jajeczka i wygryza mu dziurę w boku. Osa przez pewien czas żywi się przez tę dziurę, a potem wślizguje się do środka. Potem wyłania się już jako w pełni dorosła.

Na uniwersytecie Ben-Guriona Frederic Libersat i jego współpracownicy od ponad 20 lat badają osę szmaragdową i nadal dowiadują się nowych rzeczy. W piśmie “PLOS One” opublikowali nieznane uprzednio szczegóły o najbardziej przyprawiającej o gęsią skórę,  części ataku osy: wstrzykiwaniu chemikaliów zombie w mózg karalucha.

Żeby docenić, jak trudne jest to zadanie, pomyśl o tym, co muszą zrobić lekarze, żeby dostarczyć lek do mózgu człowieka. Skanują mózg pacjenta, żeby zmapować jego budowę w trzech wymiarach. Wkładają potem głowę pacjenta w klatkę, borują dziurę w czaszce i powoli wpychają do mózgu rurkę. Osa robi to samo w ciągu minuty, bez przelotnego choćby spojrzenia na skan swojej ofiary.

Dokonują tego wyczynu swoim nadzwyczajnym żądłem. Ma ono 2 mm długości, co umożliwia osie wsunięcie go w kark karalucha i dotarcie do mózgu. Koniuszek żądła ma dwa zestawy zastawek. Jeden zestaw zawiera wyposażenie do składania jaj, a drugi do dostarczania jadu. Zastawki zazębiają się na pióro i wpust, a więc mogą prześlizgiwać się jedna nad drugą, pozwalając osie na złożenie jaja lub użądlenie tym samym narządem.

Naukowcy odkryli, że żądło upstrzone jest małymi wypustkami – jedne w kształcie dzwona, inne podobne do kopuł. Każda wypustka dzwonowa ma wewnątrz czułą na dotyk końcówkę nerwu, podczas gdy wypustki w kształcie kopuły mają czułą na dotyk końcówkę nerwu wraz z czterema lub pięcioma nerwami wyczuwającymi składniki chemiczne.

Żeby zobaczyć, co robią te wypustki, badacze włożyli elektrody w układ nerwowy osy, a następnie pocierali żądło o gumowate grudki, które miały udawać mózg karalucha. Nerwy osy trzaskały od aktywności, kiedy wypustki na żądle ocierały się o grudkę. Ta reakcja sugeruje, że osa używa żądła, by znaleźć drogę przez mózg karalucha.

Dla sprawdzenia, czy jest tak naprawdę, naukowcy usunęli wyrostki z żądeł os i pozwolili im zaatakować karaluchy. Przeciętny czas spędzony przez osy na sondowaniu mózgów karaluchów skoczył z nieco ponad 60 sekund do niemal 20 minut. Tego można oczekiwać, jeśli osa nagle staje się niezdolna do znalezienia drogi w mózgu karalucha.

Naukowcy przeprowadzili następnie inny rodzaj testu, dając zdrowym osom karaluchy, które zostały zmienione na rozmaite sposoby. Z niektórych karaluchów wyjęli mózgu i pozostawili je z pustymi głowami. W innych wypadkach wymienili mózgi na gumowate grudki (jedne grudki były twarde, inne miękkie). W jeszcze innych, wstrzyknęli karaluchom toksyny do mózgu, które uciszyły ich neurony. A w jeszcze innych wepchnęli nożyczki do głów karaluchów i pocięli ich mózgi na jednolitą kaszkę.

Odkryli, że niektóre – ale nie wszystkie – z tych zmienionych karaluchów stanowiły wyzwanie dla os. Jeśli osa użądliła karalucha bez mózgu, spędzała dziesięć minut na sondowaniu jego głowy. Miękkie gumowate grudki także wydłużały czas badania osy. A po tej długiej walce osy wyciągały żądła bez wstrzyknięcia jadu zombi.

Kiedy jednak osy natykały się na twarde grudki – grudki o tej samej konsystencji, co mózg – spędzały tylko minutę na sondowaniu karalucha, po czym naukowcy znajdowali jad w głowach ofiar.

Naukowcy nie znaleźli żadnej różnicy, kiedy osy dostawały karaluchy w uciszonymi mózgami – co sugeruje, że osy nie wyczuwają aktywności elektrycznej, by kierowała ich żądłami. Z drugiej strony, posiekany mózg powodował, że osy długo szukały po omacku. Wynik ten sugeruje, że osy potrzebują czegoś więcej niż tylko wyczucia mózgu karalucha – muszą wyczuwać różne części mózgu, żeby wiedzieć, gdzie skierować żądło.

Te wszystkie wyniki pokazują obraz niezwykle wyewoluowanego narządu sensorycznego – takiego, który nie jest zaadaptowany do jakiejś ogólnej percepcji, ale wyłącznie do nawigacji wewnątrz mózgu karalucha przy pomocy dotyku. Pełna wspaniałość tego narządu sensorycznego może być jednak nie w pełni ujawniona. W tym badaniu Libersat i jego współpracownicy nie odkryli, do czego służą wypustki w kształcie kopuł, które wyczuwają chemikalia.

Czy osy wyczuwają smakiem drogę w mózgu karalucha? To możliwe – ale być może te kopulaste wypustki dostarczają innego rodzaju informacji. Naukowcy zgadują, że kopulaste wypustki mogą wyczuwać własny jad osy, kiedy zostaje on wpuszczony do mózgu karalucha, także ten pasożyt może starannie kontrolować ilość dostarczoną ofierze (w końcu, to jest neurofarmakologia).  A może osa potrafi wyczuć smak larwy innego gatunku pasożytów – w którym to wypadku może porzucić już zainfekowanego karalucha i poszukać innego gospodarza.

Jeśli ktoś odpowie na te pytania, zapewniam, że dam wam znać. Tymczasem, tutaj jest wideo z mojej pogadanki dla TED-Ed w 2012 r. o osie szmaragdowej. A jeśli i to ci nie wystarczy, zajrzyj do mojej książki Parasite Rex.

Crawling through the brain without getting-lost

The Loom, 27 lutego 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Carl Zimmer

Wielokrotnie nagradzany amerykański dziennikarz naukowy publikujący często na łamach „New York Times” „National Geographic” i innych pism. Autor 13 książek, w tym „Parasite Rex” oraz „The Tanglend Bank: An introduction to Evolution”. Prowadzi blog The Loom publikowany przy „National Geographic”.