Жизнь за чужой счет: чем мы обязаны паразитам

Примерно треть суммарного биологического разнообразия мира занимают организмы-паразиты. Одни из них живут на поверхности тела и питаются его тканями, другие с помощью хитроумных инструментов проникают внутрь животных и человека, вытягивая питательные соки. Но самые опасные, похожие на бесформенный комок клеток, не имеют никаких органов, но способны управлять поведением организма хозяина, заставляя его отдавать больше своей энергии.

Иду на сближение

Слово «паразит» своим происхождением обязано вовсе не биологии. Оно пришло из бытового языка Древней Греции, где означало: «обедающий в гостях». Негативный оттенок на него наложили античные комедии, где одним из типичных героев был «нахлебник», «блюдолиз», в общем — отрицательный персонаж. Те, кого биологи считают паразитами, тоже наделены неприятными чертами и «манерами»: они используют тела других организмов в качестве среды обитания или источника пищи и таким образом наносят им вред.

Есть паразиты временные, которые выступают в этой роли лишь какой-то отрезок своей жизни, а в остальной период живут независимо. Так ведут себя комары и постельные клопы: насосался — отвалился. А есть паразиты постоянные, неспособные к свободной жизни вне тела хозяина, к примеру черви, которых в просторечии называют глистами.

Комаров, клопов и многих других членистоногих кровососов объединяет то, что они нападают снаружи, поэтому их называют эктопаразитами, а тех, кто забирается внутрь — эндопаразитами.

До вожделенной внутренней среды каждому из них сначала нужно добраться, и тут не обойтись без специальных «инструментов», под стать хирургическим — твердых и острых. У комаров для этого развился хоботок-шприц, выдвигаемый из трубчатого чехла, в который преобразована нижняя губа, у клещей — нечто вроде ножниц с зазубренными наружными краями.

Личинки цепней (цекарии), трихомонады, а также некоторые круглые черви на определенных стадиях своего развития для проникновения в тело жертвы выделяют фермент — гиалуронидазу. Функция этого фермента — снизить вязкость мукополисахаридов, связывающих между собой клетки кожи, из-за чего она расползается.

А есть хитрецы, которые для внедрения в тело хозяина используют кусачих переносчиков, например комаров. Так поступают микрофилярии (личинки нематод-нитчаток) и малярийные плазмодии, для которых комар служит и промежуточным хозяином, и транспортным средством, и шприцем для инъекции в следующего хозяина, например человека.

Закрепление пройденного

После того как паразит проник внутрь, ему нужно там удержаться, для чего в ход идет другое вооружение: крюки, как у альпинистов, или присоски. Ленточные черви — цепни, длина которых может достигать нескольких метров, прикрепляются к кишечнику хозяина головкой с четырьмя присосками, у некоторых снабженной еще и венчиком крючков. Все это должно держаться очень крепко — ведь на карту поставлена жизнь паразита. Труднее всего приходится внутрикишечным нематодам, у которых нет никаких органов прикрепления.

Чтобы противостоять мощным потокам пищи, которые с силой проталкивает кишечник, им приходится без отдыха двигаться против течения. Но если паразит поселяется не на поверхности тела и не в трубчатых органах, а посреди мягких тканей, то органы заякоривания ему не нужны — наоборот, следует быть гладким и слиться с окружающей тканью.

Общая эволюционная тенденция у многих паразитов ведет к постепенной утрате их исходного облика, упрощению внутреннего строения и превращению в безликую массу. Определить, к какому таксону на самом деле их следует отнести, порой невозможно, не прибегая к таким современным научным ухищрениям, как расшифровка генетического кода, записанного в их ДНК.

Так случилось с ортонектидами — микроскопическими паразитами, обитающими в теле морских червей и голотурий. Ортонектида похожа на небольшой покрытый ресничками мешочек из однослойного эпителия и тонкого слоя мышечных клеток, а внутри — гомогенная масса из половых клеток, которые могут выйти из материнского организма при условии, если тот лопнет.

У нее нет ни рта, ни кишечника, ни вообще каких-либо оформленных органов. Столь простое строение наводило зоологов на подозрение, что в лице ортонектид они нашли переходную форму от одноклеточных животных к многоклеточным, прообраз нашего далекого-далекого предка. Так бы и бытовало это заблуждение, если бы на помощь не пришла молекулярная генетика: по строению ДНК определили, что эти простенькие организмы родственны плоским червям, гораздо более продвинутым в эволюционном плане.

Сходных с ними миксоспоридий, которые поселяются в мышцах рыб и вызывают их разжижение, долгое время вообще принимали за конгломерат паразитических простейших, так как у них нет не только органов или тканей, но даже и выраженных клеток — только бесформенная многоядерная масса, не разделенная перегородками. Вот до чего дошло упрощение!

Проделки саккулины

Да что там черви: превратиться в бесформенную массу могут даже раки. Описание жизненного цикла рака по имени саккулина (Sacculina carcini) могло бы лечь в основу фильма ужасов. У этого рака, как и у большинства других ракообразных, есть личинки-науплии — микроскопические, с шестью короткими ножками, на них возложена задача широкого расселения, так как личинки, в отличие от взрослых раков, умеют плавать. Выглядят они вполне невинно и мало чем отличаются от науплий других ракообразных.

Поначалу они и вправду безобидны. Но через некоторое время личинки саккулины претерпевают превращение — отращивают небольшую хитиновую раковинку. Теперь им положено найти место для будущей жизни, заякориться и превратиться во взрослых раков. Циприсовидные личинки (так их теперь называют) отправляются на поиски — они ищут живого краба, и с той минуты, как одна из них добирается до своей жертвы, краб перестает быть самим собой. Саккулина прикрепляется к его телу, острым шипом прокалывает панцирь, «впрыскивает» свое тело внутрь и превращается в бесформенный комок щупалец-отростков.

Теперь она будет жить внутри краба, питаться его жизненными соками и подчинит его поведение собственным интересам. Краб не погибнет, напротив, он будет жить дольше своих собратьев, о чем позаботится завладевший им паразит. Саккулина разрастается, ветвится, направляет выросты к органам размножения краба и уничтожает их, так как ей нужно сберечь его энергию для производства собственного потомства. Кастрация — часто применяемое средство в арсенале паразитов, но далеко не единственное, позволяющее управлять своими хозяевами.

Техника «зомбирования»

Замечательных высот в технологии «зомбирования» хозяина достиг ланцетовидный сосальщик (Dicrocoelium dentriticum), личинки которого живут в муравьях, а взрослые стадии — в копытных. Такие личинки умеют управлять поведением муравья: раздражая мозг насекомого, они заставляют его взбираться на кончик травинки и висеть неподвижно, вцепившись жвалами. Так сосальщик увеличивает вероятность быть съеденным скотом вместе со своим промежуточным хозяином. Но в жаркую погоду личинки ослабляют хватку, не в их интересах, чтобы муравей погиб от пересыхания: пусть спустится и охладится у сырой, прохладной почвы.

А что творят со своими хозяевами токсоплазмы (Toxoplasma gondii)! Эти одноклеточные паразиты, у которых в роли промежуточного хозяина выступает мышь, а в роли окончательного — кошка, очень заинтересованы в успехе кошачьей охоты. Токсоплазмы поселяются в мышином мозге, но не где попало, а в том его участке, который отвечает за восприятие запаха кошачьей мочи. Нормальные мыши, почуяв этот запах, убегают, а инфицированных он, наоборот, привлекает. Стоит ли удивляться, что при такой хитроумной стратегии паразит смог широко распространиться по всему свету и даже освоить в качестве среды обитания человека.

Как ни хороши способы маскировки паразитов, они все же остаются телами, чужеродными для хозяина. Контакт с их тканями вызывает у хозяина иммунный ответ, против которого паразит, в свою очередь, вырабатывает противоядия. Хозяина отравляют продукты обмена веществ, выделяемые захватчиком, и он старается от него защититься: вырабатывает специфические антитела, окружает паразита изолирующей капсулой или пытается очиститься механически. Вся эта борьба ослабляет его здоровье.

Но что коренным образом отличает жизненную стратегию паразитов от стратегии хищников — это заинтересованность паразита не в смерти, а в долгой жизни своего хозяина. По крайней мере до тех пор, пока паразит не завершит свое развитие и не даст потомство. Влияние двух организмов — паразита и его хозяина — взаимно, и в ходе приспособления друг к другу изменения претерпевают оба. Этот процесс приводит к возникновению слаженных, совместно эволюционирующих комплексов — паразитарных систем.

Паразиты есть у подавляющего большинства животных и у многих растений, и утверждение, что большинство современных организмов сформировалось как результат коэволюции с населяющими их паразитами, да и сами они — одна из движущих сил эволюции, не будет преувеличением.

Митохондрия — измененная бактерия?

У паразитов, кстати, есть чему поучиться. Бактерии Agrobacterium, из-за которых на листьях растений возникают вздутия-галлы, освоили генную инженерию задолго до того, как она стала известна людям. Внедрившись в растительную клетку, бактерии впрыскивают в ее ядро плазмиду — молекулу ДНК, в которой содержится информация об опинах — веществах, не свойственных самому растению, но необходимых бактериям для размножения. Принимая эту матрицу за свою, растение начинает синтезировать по ней соединения, которые ему вредны, поскольку ведут к разрастанию галла.

Это явление получило название горизонтального переноса генов: в отличие от обычного, когда наследственный материал передается от родительских особей к дочерним и гены циркулируют в пределах одного вида, здесь наблюдается перенос их от одного вида к другому. Технология, которую современные ученые используют для создания трансгенных растений, позаимствована у этого паразита: с помощью агробактерий и их плазмид биологам удалось встроить в геном картофеля ген бактерии, опасной для колорадского жука, и тем самым сделать картофель для вредителя несъедобным, внедрить в картофель ген, защищающий его от фитофторы, и многое другое.

Возможно, именно благодаря явлению паразитизма возникло и одно из самых совершенных творений природы — живая клетка. По современным представлениям такие функциональные части клеток, как митохондрии и хлоропласты — это не что иное, как видоизменившиеся бактерии, которые более трех миллиардов лет назад внедрились в протоклетку и обогатили ее новыми возможностями.

Те бактерии, которые дали начало митохондриям, своего рода внутриклеточным энергетическим станциям, позволили клеткам-хозяевам существовать в среде, насыщенной кислородом, управлять процессом окисления, прежде для них разрушительным, и использовать образующуюся при этом энергию на собственное благо. Некоторые первичные клетки были заселены бактериями, способными к фотосинтезу, которые впоследствии превратились в хлоропласты. Так появились клетки с растительным типом обмена веществ. Есть предположение, что даже клеточное ядро возникло в результате вселения другого типа бактерии.

Так что паразитизм имеет не только отрицательные последствия, в какой-то степени, не будь его, не возникло бы все великолепное разнообразие живых организмов на нашей планете и не было бы нас с вами.