Grzyb sterujący mrówką

Mrówka opuszcza swoją trasę, zaczyna wędrować, wspina się na roślinę i wbija żuwaczki w jej powierzchnię. Wkrótce umiera. Z ciała wyrasta struktura grzyba, która dojrzewa i uwalnia zarodniki. Położenie zwłok nie jest przypadkowe - pomaga pasożytowi zakończyć cykl rozwojowy.

To jeden z najbardziej niezwykłych przykładów manipulacji zachowaniem zwierzęcia. Nie przypomina jednak prostego przejęcia mózgu znanego z fantastyki. Badania sugerują, że grzyb oddziałuje na wiele układów gospodarza jednocześnie, a część najważniejszych zdarzeń rozgrywa się poza mózgiem.

Nie każdy cordyceps tworzy zombie

Określenie „cordyceps” jest często stosowane jako zbiorcza nazwa grzybów pasożytujących na owadach. W przypadku słynnych mrówek zombie precyzyjniej jest jednak mówić o rodzaju Ophiocordyceps, oddzielonym od rodzaju Cordyceps między innymi na podstawie badań genetycznych.

Najlepiej poznane pasożyty należą do kompleksu gatunkowego Ophiocordyceps unilateralis. Sformułowanie „kompleks gatunkowy” jest ważne. Pod jedną historyczną nazwą kryła się grupa blisko spokrewnionych grzybów, często wyspecjalizowanych w zakażaniu konkretnych gatunków mrówek.

Nie jest to więc jeden uniwersalny grzyb potrafiący sterować dowolnym owadem. Relacja pasożyta i gospodarza jest wynikiem długiej wspólnej historii ewolucyjnej.

Scenariusz zapisany w ciele

Zakażenie zaczyna się, gdy zarodnik grzyba znajdzie się na zewnętrznej powłoce mrówki. Pasożyt przytwierdza się do oskórka, a następnie przedostaje się do wnętrza za pomocą enzymów i siły mechanicznej. Jego komórki namnażają się w organizmie gospodarza, który przez część infekcji może nadal funkcjonować pozornie normalnie.

Później zachowanie mrówki zaczyna się zmieniać. W badanych układach obserwowano wzmożoną i chaotyczną aktywność, odchodzenie od zwykłych tras, wspinanie się na rośliny oraz końcowe wgryzienie w liść, łodygę lub gałązkę.

Szczegóły zależą od gatunku grzyba, gospodarza i środowiska. W tropikach mrówki mogą zaciskać żuwaczki na spodniej części liścia. W klimacie umiarkowanym niektóre grzyby kierują je ku trwalszym gałązkom, które nie opadną przed zakończeniem rozwoju pasożyta.

Po ugryzieniu mrówka umiera, ale jej ciało pozostaje przytwierdzone do podłoża. Grzyb zabezpiecza zwłoki, zużywa ich tkanki i wytwarza owocnik. Dopiero z niego uwalniane są zarodniki mogące rozpocząć kolejne zakażenia.

Ciekawostka: „mrówka zombie” nie jest martwym owadem wprawionym ponownie w ruch. Najważniejsze zmiany zachowania zachodzą jeszcze za życia gospodarza.

Mózg bez grzyba

Przez lata łatwo było wyobrażać sobie grzybnię wrastającą do mózgu i przejmującą neurony jeden po drugim. Badanie opublikowane w 2017 roku w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences pokazało jednak inny obraz.

Naukowcy przygotowali trójwymiarową rekonstrukcję wnętrza zakażonej mrówki. Komórki grzyba znajdowały się w wielu częściach jej ciała, tworzyły rozległe skupiska wokół włókien mięśniowych i kontaktowały się ze sobą. Nie wykryto ich natomiast wewnątrz mózgu.

„Komórki grzyba znaleziono w całym ciele gospodarza, lecz nie w mózgu” - autorzy badania PNAS z 2017 roku, tłumaczenie redakcji.

Nie oznacza to, że układ nerwowy pozostaje nietknięty funkcjonalnie. Mózg może być fizycznie wolny od grzybni, a jednocześnie reagować na substancje wydzielane przez pasożyta, zmiany hormonalne, niedobór energii, zaburzoną pracę narządów i sygnały pochodzące z zakażonych mięśni.

Analizy metabolizmu wykazały różnice pomiędzy mózgami zdrowych, umierających i aktywnie manipulowanych mrówek. Zmieniały się między innymi związki związane z gospodarką energetyczną i aktywnością układu nerwowego. Badania ekspresji genów wskazały natomiast na możliwe zaburzenia odporności, odbierania zapachów i odpowiedzi na stres.

Są to ważne tropy, ale nie tworzą jeszcze kompletnego schematu. Nie znaleziono jednej cząsteczki, którą można nazwać substancją kontroli umysłu.

Śmiertelny uścisk

Najlepiej widocznym elementem manipulacji jest zacisk żuwaczek. Mrówka wgryza się w roślinę i pozostaje przytwierdzona nawet po śmierci. Dzięki temu ciało nie spada na ziemię, zanim grzyb zdąży wyprodukować zarodniki.

Badania mięśni żuwaczek wykazały intensywną obecność komórek grzyba oraz rozległe uszkodzenia tkanek. W chwili śmiertelnego uścisku włókna mięśniowe znajdowały się w stanie silnego skurczu. Był to mechanizm przypominający biologiczny zatrzask, a nie świadomie wykonywany chwyt.

Sama kolonizacja mięśni nie wyjaśnia jednak, dlaczego mrówka wcześniej opuszcza trasę, wybiera określone podłoże i gryzie o określonej porze. Zachowanie składa się z kilku następujących po sobie etapów. Każdy może wymagać innego zestawu sygnałów.

Jedna z hipotez zakłada udział rytmu dobowego. Końcowe zachowania zakażonych mrówek bywają zsynchronizowane z porą dnia, a w genomach grzybów znajdują się mechanizmy związane z biologicznym pomiarem czasu. Pasożyt może wpływać na zegar gospodarza albo dostrajać własną aktywność do światła i temperatury. Nie wiadomo jeszcze, która możliwość jest najważniejsza.

Kontrola bez kontrolera

Grzyb nie obserwuje otoczenia jak zwierzę i nie układa planu. Słowo „kontrola” opisuje rezultat działania doboru naturalnego. W kolejnych pokoleniach większe szanse na rozmnażanie miały te odmiany pasożyta, które skuteczniej doprowadzały gospodarza do miejsca sprzyjającego wzrostowi i rozsiewaniu zarodników.

O ewolucyjnym dopasowaniu świadczy specyficzność manipulacji. W doświadczeniu z 2014 roku badany grzyb mógł zabić kilka gatunków mrówek, ale charakterystyczne zachowanie wywoływał tylko u tych, które zakaża także w naturze. Zabicie owada okazuje się znacznie łatwiejsze niż zmuszenie go do wykonania odpowiedniej sekwencji ruchów.

Najnowsze badania próbują zawężać listę potencjalnych cząsteczek efektorowych, czyli białek i innych związków pozwalających pasożytowi zmieniać działanie gospodarza. Preprint opublikowany w 2025 roku wskazał kandydata oddziałującego z białkiem błonowym zwanym skramblazą. Wyniki uzyskano jednak głównie z wykorzystaniem laboratoryjnego nicienia jako organizmu modelowego. Nie są jeszcze bezpośrednim dowodem, że ta sama cząsteczka steruje zachowaniem zakażonej mrówki.

Warto zapamiętać: Ophiocordyceps prawdopodobnie nie przejmuje jednego centrum dowodzenia. Rozprasza wpływ pomiędzy chemię organizmu, układ nerwowy, zegar biologiczny i mięśnie.

Najbardziej niezwykłe w tej historii nie jest więc podobieństwo do filmowego zombie. Jest nim precyzja, z jaką organizm bez mózgu potrafi wykorzystać cudze ciało. Znamy przebieg ostatnich etapów. Wciąż jednak próbujemy ustalić, które sygnały rozpoczynają każdy z nich i jak grzyb uruchamia je we właściwej kolejności.

ŹRÓDŁA

Ocena źródeł i ryzyko błędu

A: recenzowane badania pierwotne dotyczące zachowania mrówek, rozmieszczenia grzyba, metabolizmu, ekspresji genów i pracy mięśni oraz przegląd Annual Review of Microbiology z 2024 roku.
B: nie były potrzebne do podparcia głównych tez artykułu.
C: nie wykorzystano.
Ryzyko błędu: niskie dla opisu zakażenia, śmiertelnego uścisku i braku komórek grzyba wewnątrz mózgu w badanym stadium. Średnie dla dokładnego mechanizmu molekularnego, udziału zegara biologicznego i znaczenia poszczególnych metabolitów.
Co by to rozstrzygnęło: wyłączanie konkretnych genów grzyba, bezpośrednie testy kandydatów molekularnych w naturalnych gospodarzach oraz równoczesny pomiar pracy neuronów, mięśni i metabolizmu podczas kolejnych etapów manipulacji.