چگونه قارچ‌های انگلی سیستم عصبی حشرات را تسخیر کرده‌اند؟

الیا زمانی که دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه کالیفرنیا برکلی بود، بر روی میکروب‌های موجود در بدن مگس‌های سرکه مطالعه می‌کرد. کشف چند مگس مرده که آلوده به انگل انتوموفتورا (Entomophthora muscae) که یک انگل قارچی کنترل کننده ذهن است، نقطه عطف این ماجرا بود.

با این اتفاق الیا توانست تا از نزدیک این موضوع را بررسی کند که چگونه این انگل، حشرات را به زامبی تبدیل می‌کند. او توانست بطور بالقوه سرنخ‌هایی بیشتری در مورد این موضوع پیدا کند که چطور میکروب‌ها می‌توانند بر رفتار، تاثیرگذار باشند؛ در یکی از تحقیقاتی که به تازگی انجام شده، این موضوع مشخص شد که میکروب‌های موجود در روده انسان نیز می‌توانند بر رفتا او تاثیر گذار باشند. از طرفی قرن‌هاست که انواع زامبی‌های مختلف مورد توجه بوده‌اند. ترکیب این دو موضوع با هم بسیار جذاب است و فکر واقعی شدن زامبی‌ها را تداعی می‌کند.

الیا، که اکنون یک محقق فوق دکتری در گروه زیست‌شناسی ارگانیسمی و تکاملی است، اخیراً برخی از یافته‌های تحقیقات خود را در یک پیش چاپ در bioRχiv منتشر کرده است.

الیا زمانی این موضوع را کشف کرد که قصد داشت مگس‌های سرکه را با طعمه قرار دادن میوه‌های پوسیده در حیاط خانه خود، شکار کند. یکروز او چند مگس مرده را در حالتی عجیب پیدا کرد، آنها بالهایشان بالا بود. همچنین وقتی با دقت بیشتری به آنها نگاه کرد، فهمید که ماده‌ای با طرح نواری شکل، روی شکم آنها وجود دارد.

او می‌گوید:«من سریع به آزمایشگاه رفتم و آنها را زیر میکروسکوپ گذاشتم. این مگس‌ها خیلی شبیه به مگس‌های قدیمی پوسته‌دار به نظر می‌رسیدند(با اینکه این دو گونه شباهت زیادی به هم ندارند). اما می‌توانستم ‌هاگ‌ها را ببینم. واقعا هیجان زده شدم و با استخراج و تعیین توالی مقداری DNA تایید کردم که آنها انتوموفتورا (Entomophthora) هستند.

روش‌های کشنده این انگل قارچی، همانند روش‌های موجودات ترسناک در فیلم‌های سینمایی است. این انگل مگس‌ها را آلوده کرده، از بدن آنها تغذیه می‌کند و سپس ذهن آنها را به طرز وحشتناکی برای انجام یک کار خاص در یک زمان مشخص از روز، دستکاری می‌کند؛ و این موجودات میزبان باید قبل از مرگ یک کار مفید (حداقل برای قارچ‌ها) انجام دهند.

هنگام غروب آفتاب، مگس‌های آلوده به یک مکان مرتفع به نام قله صعود می‌کنند و پروبوسیس‌های(اندام لوله مانندی که برای مکیدن و خوردن خوراک به کار می‌رود) خود را بر روی هر سطحی که در آن هستند می‌گسترانند. قطرات چسبنده خارج شده از پروبوسیس باعث می‌شوند مگس قبل از اینکه بال‌های خود را بلند کند به این سطح بچسبد و بمیرد. بنابراین ما مگس‌های مرده‌ای با بالهای باز، و در ارتفاعی مناسب داریم که هاگ‌های قارچ می‌توانند از بدن آنها فرار کرده و قربانی بعدی خود را پیدا کنند.

Entomophthora muscae و مگس‌های قربانی بدشانس آنها، بیش از ۱۵۰ سال است که در ادبیات علمی ثبت شده‌اند. در گذشته بیشتر تحقیقات بر روی مگس‌های خانگی متمرکز بوده و هیچ شواهد واقعی مبنی بر سرایت قارچ به مگس‌های سرکه وجود نداشت و کشف این موضوع اهمیت زیادی دارد.

کشف الیا در حیاط خانه‌اش به او این اجازه را داد تا اولین سیستم «قارچ انگلی مگس سرکه» یا «مگس زامبی» را راه‌اندازی کرده و روی این فرآیند مطالعه کند. او اکنون دسترسی فوق‌العاده‌ای به مغز مگس دارد و می‌تواند بفهمد که چطور این قارچ می‌تواند رفتار مگس را دستکاری و کنترل کند.

او می‌گوید: "من واقعاً می‌خواستم بفهمم که چگونه آنها مدارهای عصبی را تحریک می‌کنند. دانشمندان برای مدت زمان طولانی، بر روی مگس میوه مطالعه کرده‌اند. با وجود اطلاعات زیادی که در مورد آنها وجود دارد، درک مبانی مکانیکی این موضوع که چگونه این قارچ رفتار این مگس‌ها را تحت کنترل قرار می‌دهد اهمیت بسیاری دارد."

به طور خاص، الیا بر روی «بیماری قله» تمرکز کرده بود. در مطالعه‌ای که در سال ۲۰۱۸ در eLife منتشر شد، الیا برای اولین بار رفتار مگس‌های سرکه زامبی را گزارش کرد و فهمیده بود که این قارچ در طول دوره عفونت، به سیستم عصبی مگس‌ها حمله می‌کند. این موضوع سؤالاتی در مورد چگونگی نفوذ قارچ به سیستم عصبی، و اینکه چه نورون‌هایی درگیر می‌شوند، ایجاد کرد.

 

الیا در هاروارد، به طور جدی «بیماری قله» را برای درک دقیق‌تر چگونگی ایجاد آن بررسی کرده است. او همچنین از سیستم مگس میوه برای هدف قرار دادن نورون‌های خاص استفاده کرد و مدار عصبی احتمالی در میزبان، که این مگس را هنگام غروب خورشید به سمت مکانی مرتفع هدایت می‌کند، را کشف کرد.

او دریافت که از کار انداختن مجموعه خاصی از نورون‌های شبانه‌روزیDN1p)) و نورون‌های یک منطقه‌ با نامPI-CA)) ، رفتار صعود کردن آنها را کاهش می‌دهد. او همچنین فهمید که این قارچ‌ در جایی بسیار نزدیک به این نورون‌ها در مغز ساکن می‌شود. فرض او بر این بود که قارچ باید چیزی ترشح کند تا بر نورون‌ها تأثیر بگذارد.

او پس از مطالعه همولنف یا خون مگس‌ها، تفاوت‌های خاصی بین مگس‌های آلوده و غیرآلوده پیدا کرد. و هنگامی که همولنف آلوده را به مگس‌های غیر آلوده تزریق کرد، در کمال تعجب، آنها شروع به صعود کردند. به نظر الیا، احتمالاً این قارچ می تواند سیستم ترشح عصبی مگس را تسخیر و نورون‌های آن را دستکاری کند.

هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که ما نمی دانیم. آزمایش‌ها نشان می‌دهند چیزی که در خون آنها در گردش است باعث صعود می‌شود، اما این موضوع که "آیا قارچ (عامل القا کننده قله) را ترشح می‌کند، یا اینکه قارچ باعث شود مگس‌ها خودشان آن را ترشح کنند" نامشخص است.

این تحقیقات الیا به دلیل همزمانی با یک اتفاق فرهنگی عمومی بسیار مورد توجه قرار گرفت. همانطور که می‌دانیم، زامبی‌ها برای مدت‌های طولانی سوژه محبوب فیلم‌ها و سریال‌ها بوده‌اند. و اخیرا دوباره با نمایش سریال تلویزیونی « The Last of Us»(آخرین ما)، علاقه به این نوع سوژها دوباره زیاد شده است. و الیا در مصاحبه پرسش و پاسخ Reddit(هر چیزی از من بپرس)، به عنوان متخصص و کارشناس علمی در پشت این برنامه حضور داشته است.

الیا قصد دارد به کار خود ادامه دهد. او می‌گوید:«توسعه و بررسی محتوای ژنتیکی قارچ‌ها نیز، کار مفیدی است. زیرا اگر عوامل را هم از طرف مگس و هم از طرف قارچ بررسی کنیم، شاید بتوانیم علت آن را فهمیده و درک خود را از نحوه عملکرد این فرآیندها آزمایش کنیم.»

درک نحوه عملکرد چنین موجود "شرور"ی به ما می‌فهماند که چگونه این میکروب‌های کوچک قادر به انجام کارهای خارق‌العاده و حتی به ظاهر غیرممکن مانند کنترل ذهن هستند. او گفت: "من شخصا هرگز قارچ را به عنوان یک موجود شرور نمی بینم. کاری که آنها انجام می‌دهند، تنها برای زنده ماندن است !"