Osy Darwina: Wyszkolone manipulatorki, które potrafią zjeść gospodarza od środka żywcem

Wydaje się, że na świecie jest zbyt wiele cierpienia. Nie potrafię przekonać samego siebie, że dobroczynny, wszechmocny Bóg celowo stworzył Ichneumonidae z zamiarem, aby żywiły się żywymi ciałami gąsienic” – tak pisał Karol Darwin do amerykańskiego znajomego, botanika i duchownego Asy Graya. Gray poza tym, że rozumiał świat ożywiony jako dzieło Stwórcy, był entuzjastą idei ewolucji poprzez dobór. Co więcej, starał się połączyć w jedną hipotezę inteligentny projekt Boga z działaniem procesów ewolucyjnych. Darwin w bogatej, bo liczącej ok. 300 listów, korespondencji z Grayem wylewał co jakiś czas znajomemu biologowi na głowę kubeł zimnej wody, przytaczając w listach argumenty za tym, że ewolucja poprzez dobór działa od samego zarania życia na Ziemi. Przykład Ichneumonidae dobrze ilustruje coś, co można nazwać bezdusznością procesów ewolucyjnych.

Ichneumonidae to niewyobrażalnie bogata w gatunki rodzina błonkówek zwanych gąsienicznikami. W czasach Darwina rozpoznawano już ponad 1000 z nich. W swoim wiekopomnym dziele z 1880 r. „Pinacographia. Illustrations of more than 1000 species of north-west-european Ichneumonidae sensu Linnaeano” niderlandzki badacz i rysownik Snellen van Vollenhoven oddał na niezwykle skrupulatnych wizerunkach biologiczne bogactwo tych owadów, co znacznie rozpowszechniło wiedzę o nich i sprawiło, że zaczęto je nazywać osami Darwina (Darwin wasps). Stosunkowo niedawno wydzielono z rodziny Ichneumonidae jako odrębny takson rodzinę męczelkowatych (Braconidae), jednocześnie łącząc je z gąsienicznikowatymi w nadrodzinę gąsieniczników (Ichneumonoidea). Gąsieniczniki w tym szerszym, obecnym rozumieniu liczą ok. 100 tys. gatunków, a więc niemal dwa razy więcej niż wszystkie żyjące obecnie kręgowce. Skąd taka ich różnorodność? Gąsieniczniki są parazytoidami, niedoścignionymi mistrzami w eksploatacji mikrosiedlisk. Mikrosiedliskami są dla nich ciała innych bezkręgowców. Gąsieniczniki szczególnie licznie rozwijają się w gąsienicach motyli, ale też w larwach innych owadów, owadach dorosłych, skorupiakach lądowych, niekiedy w pająkach, a także w poczwarkach motyli i muchówek.

Różne strategie

Jaki jest sposób parazytoida na szybki i w miarę bezpieczny rozwój? Otóż należy jak najlepiej wykorzystać ciało żywiciela. Owady są żywymi kapsułkami, w których zacisznym wnętrzu można dorastać i które po zakończeniu rozwoju trzeba opuścić. Na początku, dopóki się da, można być pasożytem, czerpiąc korzyści z odżywiania się odnawialnymi zasobami organizmu pozyskiwanymi z jego krwi, a pod koniec stać się drapieżnikiem, wyjadając od środka wszystkie miękkie tkanki żywiciela. Tak dzieje się najczęściej.

Istnieją jednak różne warianty spektrum parazytyzmu. Część pasożytów składa jaja w ciałach już wyrośniętych larw, które zostają od razu sparaliżowane lub uśmiercone. Rozwój innych odbywa się bez zabijania gospodarza. Takim łagodnym parazytoidom zależy na tym, aby witalność gospodarza utrzymała się jak najdłużej, pozwoliła im żerować, rosnąć, a nawet osiągnąć dorosłość i możliwość rozmnażania. Łagodne pasożyty mogą otorbiać się w ciele żywiciela, tworząc nieruchome cysty, aby nie osłabiać gospodarza przez prowokowanie reakcji obronnych. Przypomina mi się relacja pewnego badacza pluskwiaków, który zaobserwował, jak z ciała dużego drapieżnego zawadzika leśniczka wyzwoliła się rosła larwa parazytoida, którą pluskwiak potraktował jak dar od losu: nadział na kłujkę i wypił!

Parazytoidy potrafią jeszcze jedno. Manipulują zachowaniem gospodarza tak, aby je chronił, kiedy opuszczą jego ciało i wejdą w fazę przeobrażania się w owada dorosłego. Przeglądając liście i łodygi roślin, można natknąć się na gąsienice, które nie wędrują po nich, ale pozostają w jednym miejscu i na najmniejsze pobudzenie reagują energicznymi rzutami przedniej części ciała. Przyglądając się dokładniej takiej gąsienicy, dostrzeżemy w jej bezpośrednim sąsiedztwie kokon parazytoida. Rzucanie ciałem jest znanym sposobem obrony przed dziobami ptaków, ale też przed zakusami innych prześladowców: drapieżników i właśnie parazytoidów. Trzeba nadmienić, że istnieje cała rzesza błonkówek i muchówek, która wyspecjalizowała się w pasożytowaniu na parazytoidach i to w różnych stadiach ich rozwoju, od jaja po poczwarki. Nazywamy je superparazytoidami.

Zombizowanie

W anglojęzycznej literaturze występuje termin to zombie (zombizowanie?) jako określenie dodatkowego wykorzystania gospodarza eksploatowanego przez pasożyta, głównie przez manipulowanie jego reakcjami. Gąsieniczniki nie są tutaj odosobnione. Znane są np. niesłychane umiejętności cerkarii – larw płazińców z gromady przywr. Cerkarie rozwijają się w tzw. żywicielach pośrednich i muszą dostać się do ciała żywiciela ostatecznego, aby zakończyć rozwój. Kiedy już są w organizmie żywiciela pośredniego (mięczaki, skorupiaki, owady, małe ryby), umieją tak zmanipulować jego układ nerwowy, by ofiara porzuciła zwykłe obyczaje i stała się pokarmem dla żywiciela ostatecznego. Mogą spowodować, że zarażone mrówki biegają w kółko po kamieniu, prosząc się o zjedzenie przez ptaka, lub wchodzą na źdźbła traw, by dostać się do żołądka przeżuwacza, w którego organizmie przebiega dalszy rozwój przywr. Najbardziej może znane jest przekształcenie skromnego ślimaka – bursztynki – w kolorowego potworka opuszczającego swoje wilgotne środowisko i wspinającego się na trawy i trzciny. Cerkarie wchodzą do jego czułków, które nabrzmiewają i mieniąc się żółciami i błękitami wraz z gnieżdżącymi się w nich cerkariami, zwabiają ptaki.

Zombizują swoich gospodarzy też pasożytnicze grzyby, bakterie, a nawet wirusy. Grzyby owodomorki w ostatnim epizodzie życia pasożytowanej muchy domowej tak manipulują jej układem nerwowym, aby weszła na eksponowaną płaszczyznę (szyba okienna, ściana), zatrzymała się, rozkraczając odnóża i rozkładając skrzydła, i w tej pozycji dokonała żywota. Zaraz potem z przerośniętej grzybnią muchy wychylają się zarodnikonośne trzonki w formie armatek wystrzeliwujących zarodniki zaściełające gęsto najbliższe sąsiedztwo muchy. Pozycja martwej muchy jest atrakcyjnym sygnałem dla poszukujących partnerek samców, które lądują przy zmanipulowanym trupku na polu zasłanym zarodnikami grzyba. Zarażają się nimi, zanim zrozumieją, że coś jest nie tak. Po jakimś czasie same stają się atrakcyjnymi atrapami samic. Chorobotwórcze grzyby, bakterie i wirusy powszechnie wyzwalają w opanowanych organizmach tzw. odruch wierzchołkowy, a więc wspinanie się na szczyty roślin i rozsiewanie stamtąd zarodników czy form inwazyjnych na większe odległości. Można powiedzieć z pewnym przekąsem, że takie zainfekowane owady spełniają pod koniec życia funkcję żywej windy wynoszącej DNA mikroba.

Współpraca z wirusem

Co ciekawe, istnieją przypadki drobnoustrojów działających na korzyść zainfekowanego organizmu. Tu należy wrócić do męczelkowatych, a więc błonkówek z nadrodziny gąsieniczników. Na przełomie lat 70. i 80. udokumentowano przypadki mutualistycznego współistnienia (współżycia? – wirus z definicji nie jest organizmem) między błonkówką a wirusem. Odkrycie dotyczyło gąsienic motyli i baryłkarzy. Samice baryłkarzy składają porcję jaj do wnętrza gąsienicy. Parazytoidy po wylęgu eksploatują ciało gospodarza, a na koniec rozwoju wyjadają jego tkanki. Zaraz po synchronicznym opuszczeniu ciała gąsienicy przędą wokół jej truchła foremne baryłki, w których się przepoczwarzają.

Okazało się, że malutkie larwy baryłkarzy potrzebują współudziału wirusa, aby wyswobodzić się z osłon jajowych i zawisnąć w toni pożywnej hemolimfy gąsienicy. Gąsienice, eksploatowane przez miliony pokoleń przez baryłkarzy, zaczęły się bronić: nie tylko poprzez ukrywanie się, wydzielanie substancji zniechęcających baryłkarze czy fizycznie, poprzez wywijanie ciałem na różne strony, ale też immunologicznie. Jaja baryłkarza wprowadzane do komory ciała gąsienicy są zauważane przez jej układ odpornościowy. Ustrój gąsienicy wytwarza wtedy specjalną tkankę gojącą, która otacza jajo mocną powłoką, niepozwalającą wyzwolić się larwie prześladowcy. W reakcji na ten proces samice baryłkarzy zwerbowały do pomocy wirusy, którymi być może początkowo zarażały się od gąsienic. Materiał genetyczny wirusów (prawdopodobnie tzw. nidowirusy) ulegał modyfikacjom i z eksploatatorów stały się one sprzymierzeńcami baryłkarzy.

Wirusy namnażają się w nabłonku dróg rodnych samic i trafiają do ustroju gąsienic razem z jajami baryłkarzy. Zawierają w sobie geny zaadaptowane od parazytoida, a ich białkowe produkty mają zdolność blokowania procesu inkapsulacji, czyli tworzenia w ciele gąsienicy otoczki wokół jaja intruza. Późniejsze badania wykazały, że tego rodzaju symbioza jest bardzo rozpowszechniona wśród rozmaitych gąsieniczników rozwijających się nie tylko w ciałach gąsienic motyli, ale także innych owadów. Analogiczne udomowienie wirusa odkryto także u parazytoidów z nadrodziny galasówek, składających jaja w ciałach larw muszek owocowych. Otwiera to drogę do głębszych badań genetycznych nad tym procesem.

Przebiegły biedroń

To jednak, co za pomocą symbiotycznych wirusów wyprawia z biedronkami męczelka zwana biedroniem wierciochem, wymaga osobnego omówienia. Pewnego razu przy fotografowaniu siedmiokropek – które w przekonaniu o swojej nietykalności nie są specjalnie płochliwe, ale przy zaniepokojeniu wykazują zwiększoną ruchliwość – zauważyłem, że żywe, dobrze wyglądające osobniki nie drgnęły w ogóle z miejsca pomimo bliskości obiektywu aparatu. Siedziały przycupnięte i tylko poruszały czułkami. Dopiero przy bliższym badaniu zauważyłem pod ich ciałami misternie utkane kokony. Była to robota larwy biedronia, która wydobyła się z ciała biedronki i pod jej brzuchem utkała sobie pościel do przeobrażenia. Samice biedroniów szukają biedronek, kierując się zapachem pyrazyny, substancji odpowiedzialnej za zapach biedronek. Dochodząc do biedronki, podginają pod siebie odwłok i wstrzykują nagłym pchnięciem igłowatego pokładełka malutkie jajo do jamy jej ciała. Po kilku dniach z jaja wylęga się larwa, która ma duże żuwaczki nastawione na zgładzenie konkurencyjnego jaja lub innej larwy biedronia, aby zapobiec przegęszczeniu (w ciele jednej biedronki ma szansę rozwinąć się tylko jedna larwa biedronia).

Larwa, będąc sama w ciele biedronki, otorbia się i zamienia w łagodnego pasożyta, korzystającego z krwi i nierobiącego biedronce większej krzywdy. Po 18–27 dniach opuszcza ciągle żywego gospodarza i przepoczwarza się w kokonie pod jego nieruchomym ciałem, które stanowi teraz ochronę przed drapieżnikami. Dlaczego biedronka nie ucieka wtedy od swojego prześladowcy? Ponieważ zaraz przed wyzwoleniem się wyrośniętej larwy z jej ciała zapada na chorobę mózgu! Larwa biedronia tuż przed przeobrażeniem uwalnia do ciała biedronki wirusa zapalenia mózgu, Dinocampus coccinellae paralysis virus (DCPV), który powoduje paraliż odnóży biedronki. Biedroń pozyskuje sobie w ten sposób ochroniarza! Sparaliżowany owad, stając się bezwolnym stróżem kokonu, stoi tylko okrakiem nad nim, rusza czułkami i wydziela substancje obronne. Kiedy mniej więcej po 3 tyg. dorosła męczelka wygryza się z kokonu pod brzuchem biedronki, znaczna część biedronek dochodzi do siebie, ponawia żerowanie, a nawet może się rozmnażać oraz… stać się powtórnie żywicielem, a potem stróżem zombie następnego pokolenia biedroniów!