Zombiapokalipszis - biológiai példák

Mostanában a zombis filmek aranykorukat élik. És ezek a zombik - a "normális" fekete mágiával élőholt létre kényszerítettekkel ellentétben - valamilyen vírusfertőzés áldozatai. Azaz a vírus olyannyira megváltoztatja a viselkedésüket, hogy agyevő gépekké változnak. Azt a részt sohasem értettem, hogy a vírus, hogyan tart mozgásban egy halottat, tehát maradjunk a valóság talaján és a vírus csak a viselkedést változtassa meg, azért, hogy jobban terjedhessen.

Ez így már nem a rémfilmek hatásköre, hanem a biológiáé, mert erre jócskán vannak példák a természetben.

Egy beteg élőlénytől nem várhatjuk el, hogy pontosan úgy viselkedjen, mint egészséges társai. A különbség lehet egyszerűen a betegség mellékhatása (bár nem érdemes ezt a magyarázatot túl sokszor előhozni, lásd Moore 2013). Az új viselkedés vagy tünet ezen kívül lehet a gazda védekezése a parazitával szemben. Egy harmadik eshetőség, hogy a változást a parazita direkt okozza, külön génje van a gazda olyan megváltoztatására, mely a saját továbbadódását elősegíti. Ez a gazda fenotípusának a parazita által való megváltoztatása a manipuláció. Nem egyszerű eldönteni, hogy a fenti három lehetséges magyarázat közül melyik az igaz. A változás tényét fertőzött és nem fertőzött egyedek összehasonlításával megállapíthatjuk. A parazita előnye is mérhető például, hogy milyen arányban fejlődik ki, vagy adódik tovább manipulált vagy nem manipulált gazda esetében (a manipulációt esetleg kísérletesen meg lehet szüntetni). Ellenben a genetikai háttér és a manipuláció pontos mechanizmusa igen kevés esetben ismert, annak ellenére, hogy rengeteg példát ismerünk (amiből párat alább ismertetek). A genetikai háttér ismerete azért is lenne fontos, hogy egyértelműen kimutassuk, hogy a manipuláció képesség mértéke öröklődik (az evolúcióhoz öröklődés kell). Például elképzelhető, hogy ha van is különbség a manipuláció mértékében az a gazda védekezési képessége miatt van. Az egyes paraziták között is szükséges változatosságnak lenni, hogy azok közül a szelekció kiválaszthassa a rátermettebbeket. Az egyik legjobb kísérlet ebben a tekintetben Franceschi és munkatársaié (2010). A Gammarus pulex nevű bolharákot a Pomphorhynchus laevis nevű buzogányfejű féreg használja köztigazdának, mielőtt halak belébe költözve fejezné be életciklusát. A halba pedig úgy jut, hogy a hal a rákot megeszi (a Gammarusok akváriummal rendelkezők körében ismertek lehetnek). A rák természetes viselkedése, hogy a sötétebb helyeket kedveli, ahol ugye elbújhat ragadozói elől. A parazitált rákok viszont jobban kedvelik a fényt, s így nyílt vízben is gyakran előfordulnak, ahol így könnyebben válik belőlük haleledel. Különböző helyről származó rákokat és parazitáikat vizsgálták mindenféle kombinációban összeeresztve azokat. Kimutatható volt, hogy a fény felé mozgást különböző mértékben indukálják a különböző helyről származó férgek, tehát kimutatható, hogy különbség van a manipuláció mértékében és időzítésében is. Itt jegyzem meg, hogy a tanulmány azt is kimutatta, hogy a rákok természetesen védekeznek a parazitával szemben, s a manipuláció a parazitának kitett populációkban sokkal csekélyebb, mintha amit egy a parazitával sohasem találkozott populáció egyedeit fertőzve tapasztaltak.
Említsünk meg azért itt egy példát, ahol a genetikai háttér is ismert! A pestist okozó baktérium (Yersinia pestis) a hordozó bolhák gyomrának megfelelő részét csak akkor tudja eltömíteni, s így átadását biztosítani, ha működik a hemin raktározó (hms) génje (Hinnebusch et al. 1996).

A gazda manipulácót négy nagy csoportba oszthatjuk a parazita átadás mikéntjei szerint (Poulin 2010):

(1) Egyes parazitáknak köztes gazdában töltik lárva- vagy fiatalkorukat s kifejlődve a valódi gazdaszervezetbe kell jutniuk. Ehhez úgy változtatják meg az átmeneti gazda viselkedését, hogy azt a ragadozó végleges gazda inkább észrevegye és megegye. (lásd a kaliforniai csöves fogasponty, a patkány vagy a trópusi hangya példáját alább)

(2) A parazitának vagy a petéinek ki kell jutnia a gazda szervezetéből olyan helyre, ahol a gazda normális körülmények között nem tartózkodik. Az új élőhely lehet akár teljesen alkalmatlan a gazdának. (lásd a fonalféreg és a felemáslábú rák esetét vagy az húrféreg és az erdei tücsök példáját).

(3) A parazitát egy vektor viszi egyik gazdából a másikra. Például egy szúnyogcsípéssel jut egy feertőzött gadából a szúnyogba, majd a szúnyogból egy újabb gazdába. Itt általában a vektor viselkedését befolyásolja a parazita, hogy az többször táplálkozzon például (lásd a lepkeszúnyogok és a Leishmania esetét alább).

(4) A parazita kikel a gazdából, s kívül bábozódik be. A bebábozódás alatt biztonságban kell lennie a parazitoidnak. Ez többféleképpen érhető el, például a gazdát manipulálhatja, hogy az megfelelően védett helyre menjen a prazitoid kikelése előtt, vagy hozzon létre olyan szerkezeteket, amelyek védik a bábot, vagy a gazda egyszerűen maradjon a báb mellett és védje azt. (Maure et al. 2013)

A gazda kívánatosabbá tétele

Az Euhaplorchis californiensis nevű valódi métely három gazdaszervezetet használ életciklusa során. Végső gazdái madarak, s itt válnak szexuálisan éretté, s bennük szaporodnak. Petéik a madár ürülékével távoznak. A petéket egy csiga veszi fel (Cerithidea californica), majd a belőle távozó lárvákat a köztes gazda kaliforniai csöves fogasponty (Fundulus parvipinnis) veszi fel, s itt fejlődnek lárvává, amelyet a madarak a hal elfogyasztásával vesznek fel. A fertőzött halak koponyájába férkőzött férgek megváltoztatják annak viselkedését. A parazitált csöves fogasponty többet összerándul, kitekeredik vagy a felszínre úszik, amely következtében inkább kapják el a ragadozómadarak. A viselkedésben ezen feltűnő mozgáselemek körülbelül ötször gyakoribbá váltak, de ez 30x predáció növekedést okozott. Tehát kis viselkedésbeli változás is nagy különbséget okozhat a parazita átadásának valószínűségében. (Laferty & Morris 1996)

A toxoplazmózis nevű betegséget okozó egysejtű (Toxoplasma gondii) köztigazdája madár vagy emlős, végső, szexuális életszakaszának gazdája pedig valamilyen macskaféle. A parazita a patkány köztigazdájának viselkedését megváltoztatja. A patkány normális körülmények között elkerüli az olyan helyeket, amelyeknek macska szaga van, de a fertőzött állatok ezt kevésbé vagy egyáltalán nem teszik. Csak a macskaszagra adott viselkedési válasz változik, de ez éppen elég, hogy a fertőzött egyedeket inkább elejtsék a macskák. (Berdoy et al. 2000) A Toxoplasma embert is fertőzhet,  bár akármennyire is kedveljük a macskánkat az nem fog minket megenni. Ellenben bennünk is viselkedésváltozást eredményez a parazita. A emberek kevésbé harciasak, és kevésbé tölti el félelemmel őket egy amúgy félelmetes helyzet (például egyedül egy sötét házban). Nem tudnak hosszan figyelni valamire, s ezért több közúti balesetet is szenvednek.

A Podocotyloides stenometra nevű valódi métely kőkorallokban (pl. Porites compressa) fejlődik ki, végső gazdája pedig a kavicsos pillangóhal (Chaetodon multicinctus). A métely a korall megduzzasztja, s színét rózsaszínűre változtatja. A korallpolip így nem tud visszabújni a védő vázába, s feltűnő színezete miatt még inkább észrevehető az őt evő halak számára. A pillangóhalnak egyszerűbb a könnyen hozzáférhető korallpolipot ennie, akkor is, ha így a megfertőződésének esélye is nagyobb (Aeby 2002).

Egy trópusi hangyafajt (Cephalotes atratus), amely amúgy arról is híres, hogy képes vitorlázó repülésre, parazitál egy fonálféreg (Myrmeconema neotropicum). A fertőzött hangyák potrohában fejlődnek a peték. A potroh a normális fekete színe helyett vörös lesz. Amikor a lárvák kezdenek kifejlődni a hangya elhagyja a fészket és vörös potrohát állandóan fenntartva (ilyen normális fajtársai nem tesznek) jár-kel, mígnem valami gyümölcsevő madár le nem csippenti gyümölcsre hasonlító potrohát. A vörös potroh megdöbbentően hasonlít a Hyeronima alchorneoides növény termésére. A fertőzött hangya amúgy bágyadtan viselkedik, ezzel is elősegítve a parazita szándékát, hogy minél könnyebben a madár gazdájába kerüljön. (Yanoviak et al. 2008)

Fertőzött hangya és az utánzandó növény termései

A gazda manipulációja nem mindig költségmentes. A Curtuteria australis nevű valódi métely közti gazdája a Austrovenus stutchburyi nevű nyeregkagyló. A parazita a kagyló lábának alsó részében tokozódik be, s várja, hogy a kagylót a végső gazda csigaforgató megegye. A parazita a lábban felemészti az izom jelentős részét, s így a kagyló nem képes magát beásni a árapály zónában homokba. Az ekképpen a felszínen ragadt kagylót a madarak könnyen megtalálják és megeszik. Azonban a kagylót nemcsak madarak eszik, de egyes ragadozó halak előszeretettel lecsippentik a kilógó lábat, s így a parazitákat is. A métely nem képes a halban tovább fejlődni. A kagylót ragadozó csigák is megehetik, ami megint nem jó a parazitának. Az emígyen nem megfelelő új gazdába kerülő paraziták nem fognak szaporodni, ez egyértelműen a viselkedésmódosítás költsége, igaz ez a szegény megevett kagylóknak igen gyér vigasz. (Thomas & Poulin 1998, Mourisen & Poulin 2003) Ez a rendszer igen sokat vizsgált, ennek ellenére például a manipuláció mértékében szignifikáns különbséget nem találtak különböző genetikájú paraziták között. Leung et al. (2010) megmutatta, hogy a mételyek különböző mértékben helyezkednek el a nyeregkagyló lábának csúcsán vagy fentebbi részén. A különbség azonban nem volt szignifikáns.

Az előző példák mindegyikében egy több gazdán átmenő parazitáról van szó. A klasszikus zombiapokalipszishez olyan kórokozó kéne, amely emberről-emberre terjed és befolyásolja az ember viselkedését. Most álljon itt egy példa, ilyen közvetlen átadással kapcsolatban. Egy gombafaj (Entomophthora muscae) a házilegyet (Musca domestica) fertőzi. A légy idővel kimúlik, s a gomba fonalaival egy felszínre ragasztja a döglött legyet, mintha az csak álldogálna. A gombaspóra átadása akkor történik meg, amikor a fertőzött egyedet egészséges egyedek megtapogatják. A megtapogatott egyed lehet még élő is, de lehet már holt. A jelenségben a legbizarrabb az, hogy a gomba hatására a légy potroha megnövekszik, ami szexuálisan izgató a hím legyek számára. S bizony a hímek előszeretettel tapogatnak az ilyen egyedek körül. Vesztükre. (Møller 1993)  Az eddigiekhez hasonlóan a parazita valamilyen módon kívánatossá teszi a gazdaszervezetet, itt nem a ragadozók számára, hanem saját fajtársai számára.

A gazda más környezetbe kényszerítés

A tűzhangyák egyik faját (Solenopsis invicta) a Pseudacteon tricuspis légy parazitálja. A lárva a hangya fejében fejlődik, s kikelésekor a hangya szó szerint fejét veszti. Áttételesen halála előtti órákban is eléggé fejetlenül viselkedik a parazitája viselkedésmódosító hatása miatt. A parazita nyolc napon át fejlődik, amely idő alatt nem engedi gazdáját, hogy elhagyja a kolóniát (az ugye veszélyes). Viszont a gazda elhagyása előtti 8-10 órában a hangya elhagyja a bolyt, s össze-vissza mászkál mígnem összeesik, s várja végzetét. Ha bírja, akkor kicsit beáshatja magát a földbe, de ez is a parazitának tesz jót, mert nem kerül túl forró helyre. A hangya agya az utolsó, amit a lárva elfogyaszt, de előtte minden mást már felzabált a fejen belül, például a hangya nem képes használni rágóit, mert az izmai már nem léteznek. Ez a történet már elég közel áll egy zombisodáshoz, a tanulmány címe is "zombi tűzhangya dolgozók". Viszont a hangya nemhogy agresszívebb, de kimondottan békés a lárva fejlődése közben. (Henne & Johnson 2007)

A  fonálféreg lárvája Bellorchestia quoyana (korábban Talorchestia quoyana) felemáslábú rákban fejlődik ki. A rák Új-Zéland homokos tengerpartján él, s a nappalokat a homokba ásva tölti, hogy ki ne száradjon. A fonálféreg felnőttkorában nedves vagy egyenes vízi élőhelyhez kötődik, ahol a rák általában nem tartózkodik. A rák viselkedését meg kell kissé változtassa, hogy kikelésekor - ami a gazdáját megöli - megfelelő helyen legyen. A parazitált rákok mélyebbre ásnak, s így nedvesebb élőhelyen vannak, mint nem parazitált társaik. (Poulin & Latham 2002) Vegyük észre, hogy itt a viselkedés nem gyökeres megváltozásáról van szó. A rákok amúgy is beássák magukat a homokba, a féregnek csak ezt a viselkedést kell eltolni, hogy mélyebbre ássanak a rákok.

A húrférgek közé tartozó Paragordius tricuspidatus lárvája az erdei tücsökben (Nemobius sylvestris) fejlődik ki, a fejlődés végén teljesen elfoglalva a tücsök belsejét. Felnőtt életét viszont vízben tölti, ahol a tücsök nem él meg. "Kikelésekor" a tücsöknek vízhez kell - mármint nem kell, de a parazita kényszeríti - mennie, ahol vízbe fúl, és kibújik belőle a kifejlett féreg. Természetes élőhelyükön a tücskök sokszor találkoznak kisebb forrásokkal és patakokkal, de nem igazán szeretnek fürdőzni benne. A fertőzöttek viszont "boldogan" belevetik magukat a vízbe. (Thomas et al. 2002) Minderről egy kis filmet is meg lehet nézni.

Egy vírus úgy befolyásolja a gyapjaslepke viselkedését, hogy az a vírusfertőzésben való elpusztulása előtt egy magas helyre mászik, hogy a belőle halálakor kiszabaduló vírus részecskék magasról hulljanak alá, lehetőleg másokat eltalálva, ezzel segítve a vírus terjedését. Az érdekesség, hogy megtalálták azt az enzimet is, amely felelős a viselkedés kiváltásáért. A ekdiszteroid uridin 5´-difoszfát (UDP)–glükoziltranszferáz enzim a lepke egyik hormonját változtatja meg, ezzel változtatva meg a rovar viselkedését (Hoover et al. 2011). A vírus nem veszi át a lepke agya felett a kontrollt, enzimével egyetlen hormonon egy kicsi kémiai csoportot megváltoztat. Ennyi elég a viselkedés megváltozásához.

Álljon végül itt egy példa, ahol a parazitának nincs köztes gazdája. Az őserdei hangyák igen sok faját parazitálják a Ophiocordyceps nemzetségbe tartozó gombák. A gombaspórával a hagyna kereső útjai alkalmával fertőződhet meg. A gomba a hangya testében növekszik, spórái terjesztéséhez azonban az kell, hogy a fej mögött ízesülésnél kinőjön egy nyél, s ott növesszen egy spóratartót. Ehhez idő kell, márpedig amikor a gomba képes erre, addigra a hangya már halott, a halott hangyát meg társai gyorsan kiteszik a kolóniából. A hangyabolyok ráadásul az őserdő lombkoronájában vannak, ahol szárazabb és melegebb a klíma, a gomba meg nedvesebb, hűvösebb helyet szeretne magának. A fertőzött hangyák testén rángások mennek végig, amelyek következtében leesnek, s bár a hangyák próbálnak felfele menni a kolóniájuk felé, mindig a földhöz közelebb maradnak. Vegyük megint észre, hogy nem valami bonyolult tudatirányító hatásról van szó, elég a hangya izmaira egy görcsöt okozó jelet küldeni, hogy az a "helyén" maradjon. A haláluk előtt a hangyák egy növény levelének alsó részén rágóikkal a fő vagy az elsődleges mellékerekbe harapva felfüggesztik magukat. Halálukban is összezárva tartják rágóikat (a gomba felemésztette eddigre az izmaikat), s ott csüngve "várják", hogy a gomba nyugodtan kifejlődjön és szétszórja spóráit. (Hughes et al. 2011)

Ez egy Attenborough filmből van, nem pont ezekről a fajokról, de a lényeg látszik.