Zombietechnieken in de natuur
Terwijl sommige mensen bang zijn voor zombies via tv en complottheorieën, en anderen de foetus in de baarmoeder half gekscherend een parasiet noemen die haar manipuleert, onderdrukken echte manipulatorparasieten met succes hun meesters en veranderen ze in zombies. En deze plannen werken al tientallen miljoenen jaren, en niet enkele ellendige tientallen eeuwen, zolang de historische periode van Homo Sapiens duurt. Andere biologische "zombies" - de "wandelende doden" - loerden op de takken van de evolutionaire boom en zelfs in onze cellen. Weer anderen lopen over straat en denken dat iedereen in de buurt al dood is, wat betekent dat je misdaden kunt plegen, omdat het ze niet meer kan schelen. Dus wie noemen wetenschappers zombies en waar kunnen ze ze vinden? Laten we het uitzoeken.
Zombie onder de microscoop
Laten we beginnen met het feit dat niet alleen het hele organisme, maar ook individuele cellen kunnen worden opgewekt uit de dood en naar eigen wil kunnen buigen. Mycobacterium tuberculosis weet heel goed hoe dit moet. Deze bacterie, die tuberculose veroorzaakt, vermenigvuldigt zich in de cellen van het menselijk lichaam. Het nestelt zich ook in macrofagen - immuuncellen die gevaarlijke "buitenstaanders" eten. Na infectie wordt het membraan van macrofagen lek, wat bijna altijd een zekere dood betekent voor een cel. Maar mycobacteriën willen hun "broedmachines" niet zo gemakkelijk verliezen, dus laten ze de bijna dode cellen niet tot het einde sterven, waardoor ze in zombiefabrieken veranderen die nieuwe tuberkelbacillen kunnen produceren en zich kunnen verbergen voor antibiotische therapie.
Als je verder krimpt en nog dieper kijkt, zijn er in ons allemaal zombies te vinden. Bovendien hadden we zonder hen niet geboren kunnen worden. Dat vinden de auteurs van de "zombie centrioles" -hypothese, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Frontiers in Cell and Developmental Biology, tenminste. Het centriole is negen tripletten (tripletten) van microtubuli. Centriolen "orkestreren" de celdeling en vormen een splitsingsspil die chromosomen (of hun helften, afhankelijk van het type deling) naar de polen van de cel trekt. Het is vastgesteld dat bij de meeste dieren, tijdens seksuele voortplanting, centriolen worden geërfd van de vader, maar bij mensen en andere zoogdieren, evenals bij insecten, zijn de centriolen van het sperma gemodificeerd (of helemaal afwezig). Waar komen dan de twee centriolen in een bevruchte eicel vandaan? In het sperma van insecten is er bijvoorbeeld maar één centriol. Bij mensen is helemaal niets duidelijk: het lijkt erop dat sommige wetenschappers in een bevruchte eicel maar liefst drie in plaats van de normale twee hebben waargenomen, en bij een muis werden centriolen helemaal niet gezien totdat de cel zich in 32 of 64 verdeelde.
Het antwoord is volgens de auteurs van het artikel simpel: er zijn twee centriolen in de zaadcel, maar een ervan is gemodificeerd, afgebroken. De "dode" centriole kan echter delen en functioneren zonder in zijn normale vorm te worden hersteld. "Vanwege het feit dat ze tegelijkertijd gedegradeerd (" dood ") en functioneel (" levend ") zijn, noemden we ze zombiecentriolen", schrijven de auteurs van het werk. Wanneer centriolen worden bevrucht tot een zygote, kan deze zombie-centriole een dochter normale centriole vormen, dus er zijn drie centriolen.
Nog vreemder dan zombie-centriolen (maar zeker bestaand in werkelijkheid) zijn zombie-eekhoorns. Wetenschappers uit Engeland, Australië en Noorwegen schreven een hele recensie over hen, waarin ze klagen dat de "zombie-eiwitten" zonder enzymatische activiteit, op zijn zachtst gezegd, niet de voorkeur genieten van hun collega's.
Promotie video:
En helemaal tevergeefs: ze zijn aanwezig in alle koninkrijken van de levenden en bezetten 10-15% van het genoom. Als ze niet nodig waren, zou natuurlijke selectie ze langzaam opruimen (het is ook een genoegen om energie te verspillen aan het synthetiseren van nutteloze rotzooi), maar dit gebeurt niet. En als we beginnen te begrijpen dat zelfs niet-coderend 'junk'-DNA eigenlijk niet zomaar een plaats in het genoom inneemt, dan zouden de coderende genen waaruit niet-functionele eiwitten worden geproduceerd, zeker zin moeten hebben. Dergelijke "zombies" kunnen hun werkende prototype beïnvloeden, van activiteit veranderen, het op de juiste plaats in de cel bevestigen - dat wil zeggen, een volledig leven leiden na zijn "functionele dood".
En de zombie zit op de takken
Hoe zit het met planten? We gaan ze in ons verhaal niet onverdiend omzeilen. Bovendien kunnen ze ook zombies worden. Door fytoplasmatische bacteriën groeien zombieplanten bladeren aan twijgen in plaats van bloemen. Ze kunnen zich niet langer vermenigvuldigen en worden, net als macrofagen die worden gekoloniseerd door tuberkelbacillen, fabrieken voor de productie van bacteriën.
Eencellige planten maken van planten slaven met een zwakke wil met behulp van het SAP54-eiwit, dat een interactie aangaat met de eiwitten van het MADS-domein (nee, ze zijn niet verantwoordelijk voor waanzin, maar voor de vorming van een bloem). In de loop van de evolutie leerde het bacteriële eiwit SAP54 lijken op het K-domeineiwit dat normaal in wisselwerking staat met MADS - en dus hackte het het toegangssysteem tot plantcontrole.
Maar niet alleen de takken van planten kunnen "zombies" worden. Wetenschappers kunnen de takken van de evolutionaire boom ook zo noemen. Er is veel discussie gaande over het model van de ontwikkeling van zoogdieren na het uitsterven van het Krijt-Paleogeen, waarbij dinosauriërs en vele andere dieren en planten werden vernietigd. Er zijn twee versies van deze evenementen. Volgens het eerste "explosieve" model met het "lange lont explosieve model" verspreidden de voorouders van verschillende orden zich eerst binnen de klasse van zoogdieren, en daarna ontstonden er soorten binnen elke orde. Het explosieve model met korte lont gaat ervan uit dat deze gebeurtenissen bijna gelijktijdig plaatsvonden. Onlangs werd een "zachte explosie" -model voorgesteld, volgens welke enkele lijnen ontstonden in het Krijt, en na het uitsterven vond de belangrijkste "explosie" plaats.
De problemen en zwakheden van het laatste model onthullen de spooktakken en zombietakken die zijn ontstaan op de evolutionaire boom. De eerste verschijnen vanwege het feit dat het fossielenbestand onvolledig is: er zijn geen voorouders gevonden en de nakomelingen waren op hun plaats. Deze laatste zijn problematischer omdat ze voorkomen voordat moleculaire gegevens de divergentie van hun voorouderlijke groepen voorspelden.
De auteurs van het Molecular Phylogenetic and Evolution-artikel analyseren alle drie de modellen en pleiten voor een "lang lontsnoer", wat aantoont dat de verdeling op het niveau van de orde hoogstwaarschijnlijk begon in het Krijt. Met dit concept kun je de zombietakken verslaan en de evolutionaire boom van zoogdieren verfijnen.
Terroristische wormen in rivierkreeften en mieren
In de loop van de evolutie hebben parasieten een uitgebreide reeks zombietechnologieën verworven. Alle middelen worden hier gebruikt: manipulatie, geloof in de valsheid van de signalen van de eigen zintuigen, oorlogen met immuniteit en vervalste hormonen.
"Neuroparasitologie is een wetenschap die op de rand van sciencefiction staat", schrijft Michael Dickinson, co-redacteur van The Journal of Experimental Biology van de Universiteit van Washington. Deze zin is gekruid met een mengeling van afschuw en bewondering: van het verzoek 'eet me niet op, ik zal nog steeds nuttig voor je zijn', gericht op het immuunsysteem van iemand anders, tot verraderlijke manipulatie en zombificatie van de eigenaren - een stap. En je kunt er doorheen gaan door moleculen te smeden die worden gebruikt om te communiceren door de gastheercellen.
Soms lijkt het niet zo logisch. Er zijn gammarus-kreeftachtigen, die tot de orde van de vlokreeftjes behoren (ze worden zo genoemd omdat ze letterlijk zijwaarts zwemmen). Maar wanneer ze worden aangevallen door parasieten, verliezen de kreeftachtigen de controle over zichzelf en beginnen ze te bewegen zoals alle andere kreeftachtigen, en zwemmen ze zelfs in het licht in plaats van zich ervoor te verbergen.
Gammarus schaaldier. WithJulie / Flickr
Als gevolg hiervan wordt de kans groter dat ze worden opgegeten door vissen, waar de parasiet in moet komen. Wetenschappers waren in staat om de beweging van gammarus te beïnvloeden met serotonine en toonden aan dat de parasieten hoogstwaarschijnlijk de immuunrespons beïnvloeden, waardoor het zenuwstelsel bij kreeftachtigen ontstoken raakt. Als gevolg hiervan wordt het werk van de neurotransmitter serotonine, een intermediair molecuul dat signalen tussen zenuwcellen en tussen zenuwcellen en andere cellen doorgeeft, verstoord. De schaaldier ontvangt niet correct visuele en reuksignalen en zwemt zijn dood tegemoet.
Het komt voor dat parasieten de "kindertijd" in het ene organisme moeten doorbrengen, de "adolescentie" in een ander, en opgroeien in een derde. Dit is hoe de staartworm, lancetvormige staartvin Dicrocoelium dendriticum, door zijn leven gaat.
Zijn eieren moeten in de grond liggen, toekomstige wormen worden naar de "kleuterschool" in de slak gestuurd. In de volgende fase zwemmen ze enige tijd vrij in de vorm van cercariae-larven met staarten, daarna worden ze ingeslikt door een mier, waarna ze metacercaria worden.
Maar niet alle cercariae zullen door de mieren "school" gaan: een van hen is voorbestemd om te sterven om de rest te laten opgroeien. Het kruipt in het subofaryngeale ganglion van de mier, de onderste helft van het prototype van de hersenen dat insecten hebben. Daar nestelt de cercaria zich comfortabeler, omringt zich met een dun omhulsel en gaat bij het “bedieningspaneel” zitten. Vanaf nu werkt de mier overdag, net als al zijn broers, maar 's nachts verandert hij in een wilskrachtige zombie. Hij verlaat de mierenhoop, klimt op een grasspriet, klampt zich eraan vast met zijn tanden en wacht tot een zoogdier het inslikt: een zombiemier is slechts een zespotig transport dat door wormen wordt gekaapt om het gekoesterde doel te bereiken, dat de lever- of galwegen van een schaap of koe wordt. Daar zullen de wormen gedijen en zich kunnen vermenigvuldigen tot tienduizenden individuen.
Ontwikkelingscyclus / Dicrocoelium dendriticum Wikimedia Commons
Andere parasieten, haarwormen, sturen sprinkhanen en kakkerlakken tot een zekere dood, waardoor ze gedwongen worden in het water te springen, waar de vis, de volgende gastheer van de parasiet, de insecten moet eten.
Katten en muizen en bloemen van het kwaad op een ruimteschip
Maar als het zombificeren van een mier of schaaldier niet zo moeilijk is, dan is het 'hacken' van de hersenen van een grote en complexe gewervelde een taak voor de meest geavanceerde 'hackers'. Daarom is het bekendste en zelfs canonieke voorbeeld van zombificatie natuurlijk toxoplasmose. Deze ziekte wordt veroorzaakt door de eenvoudigste Toxoplasma gondii. Toxoplasma bestaat, in tegenstelling tot de larven van wormen, uit slechts één cel, maar kan triljoenen vreemden onderwerpen.
De uiteindelijke bestemming van de Toxoplasma-route, hun beloofde land, is de kat. Onmiddellijk kunnen verraderlijke eencellige parasieten er zelden in komen, dus meestal ligt de weg naar het Toxoplasma-paradijs door de dood. Toegegeven, niet hun eigen: om bij de kat te komen, gebruiken ze kleinere voertuigen - ratten, muizen of vogels.
Bij deze dieren ondergaat Toxoplasma verschillende transformaties. Eenmaal in de hersenen produceren ze tyrosinehydroxylase, een eiwit dat de snelheid reguleert waarmee het hormoon dopamine wordt gesynthetiseerd. Dit hormoon, geassocieerd met plezier en vertrouwen, is een belangrijke schakel in het motivatie- en beloningssysteem. Na bezweken te zijn aan de belofte van geluk, die innerlijke wortel op een hengel van welke motivatie dan ook, worden knaagdieren of vogels onbevreesd en beginnen ze zelf naar ontmoetingen te zoeken met de klauwende poten van een pluizig beest.
Tyrosine-hydroxylase-moleculen zien eruit als onschadelijke bloemen, maar in de handen van Toxoplasma veranderen ze in bloemen van het kwaad, en niet in de zin van Baudelaire, maar in de meest ware zin / Gla086 / Wikimedia Commons
Maar zelfs de mooiste mechanismen kunnen mislukken. Stel je voor dat je een auto of een helikopter moet stelen om bijvoorbeeld op een paradijselijk eiland te komen waar een rustig leven op je wacht. Maar dan gebeurt het onverwachte: je volgende landing per ongeluk blijkt in een ruimteschip te zijn. Je hebt geleerd auto's en vliegtuigen te kapen, je weet hoe je ze moet besturen, je verstopt voor bewakers - het immuunsysteem - en je vermenigvuldigt, verschillende weefsels bevolkt, je hebt je slachtoffers aantrekkelijker gemaakt voor het andere geslacht, je bedreigt zelfs de populaties van Hawaiiaanse ganzen, die op sommige plaatsen eerder 'kapten' 48% van hen. Maar je hebt niet geleerd hoe je met ruimtevaartuigen moet vliegen. Over het algemeen vliegt uw schip op de automatische piloot naar Mars. Er is nu niet alleen geen paradijselijk eiland, maar je hebt ook geen ruimtepak bij je. Natuurlijk heeft het ruimteschip knoppen aan de binnenkant, vergelijkbaar met diewaar je aan gewend bent te klikken - maar soms werken ze op een heel andere manier.
Bovendien kan het immuunsysteem van het slachtoffer ook het zenuwstelsel aantasten (bijvoorbeeld door een ontsteking, zoals bij dezelfde gammarus) en hun gedrag veranderen - en niet altijd in de richting die gunstig is voor Toxoplasma.
Zombifying People: Echoes of Mouse Love and the Apocalypse in New York
Dit is waarschijnlijk hoe Toxoplasma zich zou voelen als het zijn kansen op succes zou kunnen inschatten door een persoon te infecteren. Het is onwaarschijnlijk dat de kat het eet, en het reageert op zijn eigen manier op de prikkels van Toxoplasma. Hij heeft bijvoorbeeld een toename van schizofrenie of een verhoogd risico op manifestatie. Uit enquêtes onder geïnfecteerde mensen blijkt ook dat slachtoffers van Toxoplasma langzamer en passiever worden in aanwezigheid van gevaar, het instinct voor zelfbehoud zwakker wordt, en hoewel patiënten over het algemeen prikkelbaarder zijn, willen ze nergens voor vechten. In beangstigende situaties - in een donker bos, 's nachts in een leeg huis - blijven ze kalm.
Mensen kunnen ook dramatische veranderingen ervaren in hun niveau van achterdocht en gezelligheid. Vrouwen worden vriendelijker en altruïstischer, terwijl mannen juist niets willen delen. De verdenking van de geïnfecteerden wordt niet alleen beïnvloed door het geslacht, maar ook door de woonplaats: stadsmannen en dorpsvrouwen krijgen meer vertrouwen door Toxoplasma, terwijl dorpsmannen en stadsvrouwen juist in alles een vangst zoeken.
Opnieuw zien we het "dopamine" -handschrift van de parasiet, dat eraan herinnert dat dit hormoon een verschillende invloed heeft op mannelijke en vrouwelijke zoogdieren. Experimenten met veldmuizen, modellen van liefde en trouw in de knaagdierwereld, hebben aangetoond dat dopamine niet alleen nodig is voor gehechtheid aan je soulmate, maar ook voor agressie tegen vreemden. Dergelijke invloeden kunnen mannen en vrouwen op verschillende manieren treffen: sommigen moeten het territorium beschermen, anderen moeten gehecht raken en vriendelijk zijn. Misschien is deze reactie ook voelbaar in de verschillen in het gedrag van mannen en vrouwen die met Toxoplasma zijn geïnfecteerd - hoewel mensen natuurlijk geen muizen zijn en de interface voor Toxoplasma niet zo handig is.
Maar Toxoplasma's leren niet van hun fouten en blijven ruimteschepen binnendringen: in regio's waar sanitaire voorzieningen niet erg populair zijn en veel rauw vlees in het voedsel terechtkomt, vormt meer dan de helft van de mensen antistoffen tegen Toxoplasma. Dit betekent dat ze ziek zijn of op zijn minst in het verleden met deze parasieten zijn geconfronteerd. Het is niet eenvoudig om deze infectie met antibiotica te genezen: ergens overleeft ergens een slapende vorm van de parasiet - een cyste, die altijd klaar is om zich weer te vermenigvuldigen. En weer is een man niet langer precies hij, maar een Toxoplasma-ruimteschip dat van binnenuit wordt bestuurd en een onbereikbare kat naar binnen streeft.
Maar er zijn andere scenario's voor een zombie-apocalyps. Planten kunnen ook niet alleen het slachtoffer zijn, omdat drugs die daaruit worden verkregen, mensen kunnen bedwelmen. Het verhaal van hoe chemici bij het onderzoeken van cannabinoïde receptoren (die niet alleen reageren op verdovende cannabinoïden, maar ook op veel van de interne neurotransmitters van het lichaam), per ongeluk de verschijning van 'zombies' in de straten van New York veroorzaakten, is niet de plot van een film over de apocalyps, maar het thema van het echte wetenschappelijk artikel gepubliceerd in The New England Journal of Medicine in januari 2017.
Op 12 juli vorig jaar werden snel reagerende eenheden gestuurd om sinistere mensen die zich precies als zombies gedroegen te vinden en te vangen. In Brooklyn, New York, werden in totaal 33 mensen aangetroffen die mechanisch door de straten zwierven met lege, niet-begrijpende ogen. Mensen bewogen langzaam, net als slaapwandelaars, hun handen en gromden als echte zombies. Acht nieuw geslagen "zombies" werden getest op urine en bloed. Na een onderzoek dat 17 dagen duurde, konden wetenschappers vaststellen dat de boosdoener een recentelijk gesynthetiseerde cannabinoïde was met als doel naar medicijnen te zoeken, die mensen kochten onder het mom van een plantaardig medicijn AK-47 24 Karat Gold, dat het eerste type cannabinoïde receptoren aantastte.
Lees hier het vervolg.
Ekaterina Mishchenko