Катинон и псилоцибин помогли грибам-паразитам изменить поведение цикад

Психоактивные вещества катинон и псилоцибин, которые вырабатывают паразитические грибы, по-видимому, помогают им менять поведение хозяев — периодических и однолетних цикад. Зараженные паразитом цикады становятся более активными, говорится в Fungal Ecology, а самцы начинают привлекать не только самок, но и других самцов.

Периодическими цикадами называют насекомых из рода Magicicada, которые обитают на востоке и юге США. Большую часть времени они проводят под землей в фазе личинки, питаясь соками корней растений. Весной 13 или 17 года жизни (в зависимости от вида) личинки роют туннель на поверхность, практически все одновременно вылезают из-под земли и уже здесь превращаются во взрослую особь. На поверхности земли они появляются на 4-6 недель, исключительно для размножения. Самцы собираются в группы и привлекают самок песнями, которые издают расположенными на груди тимбальными органами. Громкость хора цикад может достигать 100 децибел. Самки приманивают самцов, периодически щелкая крыльями. После спаривания самки выгрызают в коре на молодых ветках щели и откладывают туда яйца. Через 1,5-2 месяца из них вылупляются личинки, падают с деревьев и зарываются в землю, начиная новый цикл.

На периодических цикадах паразитируют грибки Massospora cicadina. Они инфицируют личинок в момент, когда те выбираются на поверхность земли, и проникают в брюшко насекомых. Паразит убивает хозяина не сразу, а после того, как тот заразит других цикад и рассеет споры. В брюшке грибок разрастается, а ткани насекомого постепенно отмирают, так что незадолго до смерти задняя часть брюшка у него отваливается, а на его месте образуется заполненная спорами пустула. Но перед этим паразиты вызывают у цикад повышенную активность. Насекомые начинают часто перемещаться, заражая других особей. При этом собирающиеся в группы и поющие песни самцы заражаются чаще, чем самки. Половое поведение зараженных самцов тоже меняется. Они продолжают петь, привлекая самок, но вместе с этим начинают щелкать крыльями, чтобы приманить других самцов. Те пытаются с ними спариться и тоже заражаются.

Паразиты M.cicadina образуют и другой вид спор, которые заражают цикад и распределяются по поверхности тела насекомого. Они делают его стерильным и меняют поведение, но не убивают. Цикады заражают сородичей этим типом спор во время спаривания и просто оказываясь в группах. Споры падают с насекомых на землю и остаются в ней в течение следующего жизненного цикла цикад, на 13 или 17 лет.

Как паразитический грибок делает цикад более активными и заставляет их изменять половое поведение, до сих пор было неизвестно. Чтобы ответить на эти вопросы, американские биологи и экологи во главе с Мэттом Кассоном (Matt T. Kasson) из университета Западной Виргинии собрали зараженных спорами M.cicadina обоих видов и здоровых периодических цикад, а в качестве контроля выбрали однолетних цикад Okanagana rimosa и Platypedia putnami, зараженных паразитическими грибками Massospora platypediae и Massospora levispora. Действие всех этих паразитов на поведение хозяев похоже. С помощью хромато-масс-спектрометрии ученые проанализировали метаболиты зараженных и здоровых цикад, а также провели филогенетический анализ видов грибков.

Ученые ответили только на один из двух вопросов: они обнаружили вещества, которые, предположительно, делают цикад более активными. Они нашли в метаболитах цикад 1176 низкомолекулярных веществ и среди них два алкалоида, которые меняют поведение. У части зараженных M.cicadina периодических цикад обнаружилось психоактивное вещество катинон. Его действие на человеческий организм похоже на действие амфетамина, но слабее. До сих пор были известны только растительные источники катинона, в частности, кустарник кат, растущий в Восточной Африке и Аравии. Стоит отметить, что катинон нашли во всех насекомых, зараженных долгоживущими спорами, и только у четверти цикад, зараженных смертельно опасными спорами.

В метаболитах обоих видов однолетних цикад, зараженных M. platypediae и M. Levispora, авторы статьи обнаружили псилоцибин, психоактивное вещество, которое вырабатывают более 200 видов грибов. Филогенетический анализ обоих видов паразитов показал, что они, либо очень близкие родственники, либо, представляют собой один вид.

Ученые попытались идентифицировать гены ферментов, которые участвуют в биосинтезе псилоцибина и катинона, но не нашли их. Также они не обнаружили промежуточных метаболитов, и поэтому предположили, что паразиты могут использовать новый, до сих пор не изученный путь для выработки этих веществ.

Также авторы высказали гипотезу (и пока не доказали ее), что выработка катинона у цикад, зараженных «короткоживущими», убивающими насекомое спорами, может зависеть от стадии заражения и уровня роста спор. Либо, количество алкалоидов в некоторых случаях так мало, что их невозможно определить. Кроме того, катинон и псилоцибин могут объяснить повышенную активность насекомых, но не изменение полового поведения самцов. Возможно, ответить на этот вопрос поможет искусственное заражение цикад (личинок и взрослых особей) паразитами и изучение насекомых с момента заражения.

Отношения паразит-хозяин могут быть очень причудливыми. Достаточно вспомнить изумрудных ос, паразитирующих на американских тараканах. Они кусают хозяина в голову и он послушно отправляется в осиную нору, где его сожрут личинки. Жуки-нарывники, личинки которых паразитируют на яйцах некоторых видов пчел, научились вырабатывать феромоны самок конкретного вида, чтобы привлечь самцов. А паразитические черви, для которых рыбы являются промежуточными, а хищные птицы, питающиеся рыбой — окончательными хозяевами, заставляют рыб становиться смелее и плавать близко к поверхности. Так птицам легче их заметить и поймать.