Wielka debata o mistrzach manipulacji

Naukowcy zgromadzili szereg przykładów manipulacji gospodarzami. Poświęciłem niektórym z nich rozdział w książce Parasite Rex, a grupa naukowców opublikowała w zeszłym roku [2012] całą książkę na ten temat. Wiele z tych pasożytów jest fantastyczna sama w sobie, niezależnie czy zakażają gąsienice, czy pająki, ale ludzie nieodmiennie chcą wiedzieć, czy pasożyty kontrolują nas. Przypisuję to kombinacji narcyzmu naszego gatunku i naszej miłości do filmów o zombi. Jest kilka potencjalnych przypadków wpływu pasożytów na zachowanie ludzkie – jeśli nie wręcz manipulowania. A najbardziej intrygujący z nich wszystkich dotyczy jednokomórkowego pasożyta o nazwie Toxoplasma gondii.

Toxoplasma gondii tworzy cysty w mózgach ludzi. Jeśli ich gospodarz nie ma osłabionego układu odpornościowego, te cysty nie wyrządzają żadnej widocznej szkody. Może nadrabiają liczebnością ten brak zabójczości. Być może ponad miliard ludzi ma cysty Toxoplasma w mózgu. Łapią te pasożyty z gleby, z niedogotowanego mięsa lub z odchodów kota.

Cykl życiowy Toxoplasma zaczyna się w kotach. Pasożyty kopulują w jelitach kota i produkują jajopodobne potomstwo, które wydostaje się wraz z odchodami kota. Wytrzymałe jaja pozostają zdolne do życia miesiącami w oczekiwaniu na kolejnego gospodarza – którym może być każdy gatunek ssaka lub ptaka. Ci gospodarze połykają pasożyty, które migrują z ich jelit i wędrują po ciele; te które zawędrują do mózgu, tworzą ochronne cysty i znowu czekają. Tylko jeśli dostaną się z powrotem do wnętrzności kota, będą mogły postawić następny krok w cyklu życia Toxoplasma.

Kiedy odkryto różne przypadki manipulacji przez pasożyty, naukowcy zaczęli zastanawiać się, czy Toxoplasma nie ma własnych sztuczek. Istnieje przecież jedna oczywista możliwość podniesienia szans na dostanie się do kota: uczynienie gospodarza łatwiejszym celem do złapania.

Pod koniec lat 1990. kilku badaczy opublikowało prace wskazujące na to, że pasożyt istotnie to robi. Większość prac prowadzono na szczurach i myszach. W wielu eksperymentach wykazano, że zakażenie Toxoplasma wydaje się zmniejszać strach gryzoni wobec zapachu moczu kotów. Niektóre badania wręcz sugerowały pociąg do zapachu ich zabójcy. (Pisałem o niektórych z tych badań tutaj i tutaj.)

Obecnie w piśmie “Trends in Parasitology”, zespół australijskich parazytologów zakwestionował hipotezę o Toxoplasma jako mistrzu manipulacji w komentarzu zatytułowanym Adaptive host manipulation by Toxoplasma gondii: fact or fiction?

“Naszym zdaniem zaakceptowany dogmat, że T. gondii manipuluje zachowaniem gospodarza, by podnieść szanse transmisji do kotów, opowiada atrakcyjną historię, ale nie ostaje się ona badaniu”.

Systematycznie przekopują się przez publikowane dane o eksperymentach z Toxoplasma. Widzą, że pasożyty wpływają na cały szereg zachowań gospodarza. W jednych badaniach zwierzęta wykazywały większą aktywność, w innych mniejszą, a w jeszcze innych nie było żadnej zmiany. W jednym z badań naukowcy odkryli, że Toxoplasma upośledzała zdolność uczenia się u gospodarza, a w innym, że tego nie robiła. Tak samo podzielone wyniki znaleziono w testach na pamięć, preferencjach w badaniu nowych rzeczy, czasie spędzonym blisko moczu kota i niepokoju.

Naukowcy zaatakowali także elementy składające się na hipotezę manipulacji. Tylko to, że pasożyt robi coś, co wydaje się robić z gospodarza łatwiejszą do schwytania zwierzynę, nie oznacza, że dobór naturalny stworzył tę zmianę, by poprawić szanse dopełnienia jego cyklu życiowego. Toxoplasma może zmieniać zachowania gospodarza jako skutek uboczny zakażenia, nie zaś jako wyewoluowana adaptacja. Autorzy zauważają, że inny jednokomórkowy pasożyt, Eimeria, także pozbawia myszy strachu przed kotami, mimo tego, że jego cykl życiowy przenosi go z myszy do myszy, nie zaś z myszy do kota.

Gdyby rzeczywiście działał tutaj dobór naturalny, manipulacje musiałyby zwiększyć liczbę potomstwa produkowanego przez Toxoplasma. Nikt jednak nie wykonał eksperymentu chwytania zwierząt na dużą skalę, by zobaczyć, czy koty łapią więcej zakażonej zwierzyny, czy zdrowej. Ten rodzaj eksperymentu robiono dla innych gatunków. W eksperymencie z zainfekowanymi przywrą rybami badacze odkryli, że były one łatwiejszym celem dla ptaków, bo pływały blisko powierzchni wody.

Z drugiej strony, niektóre zachowania wyglądające jak gdyby czyniły gospodarzy łatwiejszym łupem polowania, okazały się tym nie być. Tasiemiec o nazwie Hymenolepis dimunata przechodzi między chrząszczami i szczurami. Kiedy zakaża chrząszcze, spędzają one więcej czasu na otwartej przestrzeni, gdzie powinno być szczurom łatwiej znaleźć je i zjeść. Mimo takich oczekiwań naukowcy odkryli, że infekcja nie podnosi prawdopodobieństwa, że chrząszcz zostanie zjedzony przez szczura. W wypadku Toxoplasma gryzonie mogą tracić strach przed moczem kocim, ale nadal unikać innych zapachów kocich, jak na przykład zapachu kociego futra.

Australijscy badacze wskazują także, że Toxoplasma ma bardziej elastyczny cykl życiowy niż jej to przypisują. Musi dostać się do kota, żeby rozmnażać się płciowo. Ale potrafi także rozmnażać się bezpłciowo w innych gatunkach. Pasożyt może nawet szerzyć się od matek do ich potomstwa. Kiedy naukowcy zbadali DNA Toxoplasma, widzieli dowody częstego klonowania i niezbyt dużo mieszania genów przez seks. Jeśli pasożyt nie przemieszcza się zbyt dużo między kotami a ich zwierzyną, dobór naturalny na manipulację powinien być słaby.

Dużo szumu robiono wokół faktu, że Toxoplasma ląduje nie tylko w mózgach szczurów, ale także w mózgach ludzkich. Niektórzy naukowcy argumentowali na rzecz wielu zmian zachowań u ludzi, którzy mają tego pasożyta. Kusi, na przykład, widzenie zwariowanych miłośniczek kotów jako osób zniewolonych przez kocie pasożyty. Krytycy uważają, że te spekulacje są całkowicie nieuzasadnione.

“Biorąc pod uwagę, że badania zachowań ludzkich są oparte przynajmniej częściowo na badaniach gryzoni – wnioskują autorzy – jest niezbędne dobre zrozumienie tego, jak T. gondii wpływa na zachowanie gryzoni, by rozszerzać to na inne gatunki”.

Zwróciłem się do kilku naukowców, którzy dokonali najbardziej znaczących prac w kwestii hipotezy o manipulacji. Choć wszyscy zgodzili się, że naukowcy powinni być ostrożni przy zakładaniu adaptacji, które mogą w rzeczywistości nie istnieć, kwestionują szereg twierdzeń krytyków australijskich.

“Stanowczo uważam, że Toxoplasma jest wyraźnym przypadkiem faktycznej manipulacji i że ich próba zbycia tego jest trochę zbyt naiwna i uproszczona” – mówi Joanne Webster z Imperial College. Sama Webster nie jest, żeby się tak wyrazić, „fundamentalistką manipulacji”, to ona przeprowadziła eksperyment z chrząszczami, który krytycy australijscy używają jako dowodu przeciwko manipulacji. Uważa ona jednak, że dowody na Toxoplasma są mocne i krytyka przeciwko ich zdolnościom do manipulacji jest słaba.

Matematyczne modele ewolucji pokazują, na przykład, że nie jest konieczny wielki wzrost ataków kotów, by dobór naturalny faworyzował manipulację. I choć jest prawdą, że Toxoplasma nie potrzebuje seksu do rozmnażania się, rozmnażanie płciowe ma wiele korzyści na długą metę – jak mieszanie genów w lepsze zestawy.

Webster zgadza się, że byłoby znakomicie zobaczyć, czy koty zabijają więcej zainfekowanej zwierzyny niż niezainfekowanej, ale jest to z wielu powodów (takich jak reguły o dobrostanie zwierząt) niesłychanie trudne przedsięwzięcie. Michael Eisen, badacz z Berkeley, który w ostatnich latach robił eksperymenty na Toxoplasma w myszach, ujął to tak:

Jest niemal niemożliwe poprawne przeprowadzenie takiego eksperymentu. Czy zainfekujesz myszy i wypuścisz je wraz z grupą kontrolną, żeby zobaczyć, które zostały zjedzone? Gdzie można to zrobić? Skąd pewność, że wyniki nie byłyby inne w innym otoczeniu?

Jeśli chodzi o różne wyniki z pewnych badań na infekcją Toxoplasma, Webster argumentuje, że wiele może zależeć od faktu, że naukowcy prowadzili jedne eksperymenty na gryzoniach laboratoryjnych, a inni badali dzikie gryzonie. Zwierzęta laboratoryjne były hodowane przez dziesięciolecia z dala od swoich naturalnych zagrożeń – włącznie z kotami. Jeśli weźmie się pod uwagę te różnice, dowody manipulacji są zdaniem Webster nadal silne.

Z drugiej strony, Eisen uważa, że naukowcy muszą przeprowadzić jeszcze wiele eksperymentów, by móc z pewnością wypowiadać się o Toxoplasma. „Nadal jesteśmy daleko od prawdziwie rozstrzygających badań, by scharakteryzować samo zachowanie - powiedział. – Pomówmy o tym zanim zaczniemy nazywać Toxo królem manipulacji behawioralnej”.

Niemniej zgadza się on z Webster, że argumenty krytyków są słabe, kiedy próbują minimalizować znaczenie kotów dla długoterminowego przetrwania Toxoplasma. Jeśli Toxoplasma radzi sobie tak dobrze bez seksu we wnętrznościach kotów, pyta, to dlaczego nadal ma całą maszynerię genetyczną do seksu i rozmnażania płciowego? Eisen mówi, że ten argument krytyków pokazuje „bardzo marne myślenie ewolucyjne”.

Na koniec skontaktowałem się z Ajaiem Vyasem z Uniwersytetu Nanyang. Wykonał on niesłychanie szczegółową pracę nad tym, jak Toxoplasma wpływa na mózgi gryzoni i odkrył, że skupia się na obwodach emocjonalnych. Vyas podkreślił, że naukowcy od dawna debatują nad problemem, jak można rozstrzygnąć, czy efekty pasożyta są adaptacją do manipulowania gospodarzem. Wyłoniło się kilka kryteriów. Czy efekt jest złożony? Czy jest to coś dobrze pasującego do pasożyta? Czy pojawia się u innych gatunków pasożytów, co sugerowałoby, że dobór naturalny wielokrotnie to faworyzował. Według tych standardów, twierdzi Vyas, ma sens patrzenie na Toxoplasma jak na manipulatora.

Jest jednak również ważne pamiętanie, że koty i gryzonie, jakie widzimy dzisiaj – nawet w tak zwanym stanie dzikim – żyją w świecie zdominowanym przez człowieka. Zarówno drapieżnik, jak zwierzyna odnieśli korzyści z naszego towarzystwa; rozprzestrzeniliśmy je po świecie, dajemy im schronienie i dajemy im – świadomie lub nie – obfite źródło pokarmu. Manipulacje, jakie pierwotnie wyewoluowała Toxoplasma, mogły być mniej niejednoznaczne zanim jej gospodarz uległ tak wielkiej, szybkiej przemianie.

“To może być dziedzictwo historyczne zamiast obecnej adaptacji – mówi Vyas. – Nie mam tu jeszcze jasności”.

The Great Puppet-Master Debate

The Loom, 2 października 2013

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska