Вирус желтой курчавости листьев томата повредил мозг насекомым ради собственной выгоды
Вирус желтой курчавости листьев томата (TYLCV) вызывает дегенерацию нейронов у своего переносчика — табачной белокрылки. Насекомые, чья нервная система повреждена вирусом, перестают избегать здоровые растения, в то время как белокрылки без вируса предпочитают питаться уже инфицированными. Это способствует максимальному распространению TYLCV. Научная статья опубликована в eLife.
Растения, как правило, не могут напрямую передавать друг другу вирусы, и тем приходится пользоваться переносчиками. Чаще всего в их роли выступают насекомые, которые, поедая различные части растения, поглощают и содержащиеся там вирусы. Чтобы невольная помощь переносчиков была максимально эффективной, можно изменить их поведение: например, заставить чаще есть здоровые (или, наоборот, зараженные, в зависимости от стадии инфицирования) растения.
Обычно такая избирательность достигается за счет опосредованного влияния: вирусы меняют метаболизм растений так, что те начинают выделять больше привлекающих насекомых веществ. Примеры, когда вирус растений напрямую менял поведение насекомых, практически неизвестны. Вирус полосатости риса и некоторые другие взаимодействуют с обонятельными рецепторами насекомых, в результате чего животные меняют предпочтения и начинают питаться в основном здоровыми растениями. Это помогает распространить инфекцию дальше — на те экземпляры, которые еще от нее не пострадали.
Юйчэн Сун (Yucheng Sun) и его коллеги из нескольких исследовательских учреждений Китайской академии наук обнаружили еще один пример непосредственного влияния вирусов растений на поведение насекомых и выяснили, что при этом происходит в нервной системе инфицированных. Исследователи изучили передачу вируса желтой курчавости листьев томата (tomato yellow leaf curl virus, TYLCV) между растениями томата (Solanum lycopersicum, сорт Moneymaker) посредством табачной белокрылки (Bemisia tabaci).
Чтобы понять, как меняется поведение белокрылок, их выпускали партиями по 30 штук в куб 40×40×40 сантиметров, где на равном удалении друг от друга стояло два инфицированных вирусом экземпляра томата и два здоровых. Через 10 минут считали, сколько насекомых будет на каждом растении. Тех, кто в этот момент оказывался на стенках куба, отмечали как не сделавших выбор. Также эксперименты по выбору растений проводили с использованием разветвленных стеклянных трубок по типу Y-образного лабиринта: в одном рукаве предъявляли запах растения, зараженного TYLCV, в другом — здорового, и ждали 10 минут. Похожее делали и со светом: из одного рукава светили зеленым (цвет здоровых растений), из другого — желтым (цвет поврежденных вирусом томатов).
Присутствие вируса в организме табачных белокрылок выявляли после этих экспериментов анализом ДНК (TYLCV — это ДНК-содержащий вирус). Состояние нервной системы, в первую очередь ганглиев в голове насекомых, определяли с помощью флуоресцентной микроскопии. К препаратам срезов мозга (который, впрочем, не гомологичен мозгу позвоночных) добавляли жидкость с флуоресцентными антителами к различным белкам в составе нейронов.
Выяснилось, что до заражения вирусом желтой курчавости листьев белокрылки избегают здоровые растения томатов, а после кормятся и на инфицированных, и на здоровых экземплярах, даже скорее предпочитая последние. По всей видимости, у насекомых портится обоняние. С различением цветов получилось аналогично: здоровые белокрылки шли на «больной» желтый, а зараженные вирусом не выказывали ему явного предпочтения.
В нервной системе белокрылок вирус желтой курчавости листьев томата провоцировал сильный иммунный ответ. Он приводил к тому, что в нейронах повышалась содержание белков каспаз (1 и 3b), что характерно для процессов запрограммированной гибели клеток. В мозге инфицированных насекомых наблюдали явные признаки нейродегенерации. Подавление экспресии генов каспаз замедляло ее.
Получается, что вирус из семейства, все члены которого заражают только растения, напрямую воздействует на нервную систему насекомых, ухудшает их обоняние и зрение и тем самым лишает возможности активно выбирать между здоровыми и инфицированными растениями-источниками пищи. Это помогает разнести TYLCV по максимальному количеству хозяев. Более глубокое понимание того, какие биохимические процессы за этим стоят, позволят сдерживать распространение вируса желтой курчавости листьев томата и, вероятно, других вирусов растений.
Вирусы растений не всегда вредят своим хозяевам. К примеру, вирус огуречной мозаики провоцирует инфицированные им растения выделять в воздух больше пинена и цимена — летучих веществ, которые привлекают насекомых-опылителей. Это приводит к тому, что зараженные растения чаще опыляются и популяционная устойчивость к вирусу не достигается (так как доля резистентных экземпляров поддерживается на низком уровне).
Светлана Ястребова
Они нам кажутся почти в два раза легче своего реально веса
Исследователи из Великобритании предложили людям сравнить вес их собственных ладоней и грузов, подвешенных к рукам, чтобы выяснить, насколько верно люди оценивают массу своего тела и его частей. Проведенные эксперименты показали, что испытуемые сильно занижают вес собственных кистей — в одном из экспериментов он оказался на 49,4 процента ниже, чем реальный. Результаты опубликованы в Current Biology. Когда мы берем какой-то предмет, его ощущаемый вес связан с чувством усилия — величиной двигательных команд, которые направляются мышцам. За восприятие веса самого нашего тела и его частей тоже отвечает центральная нервная система, но нет конкретных сенсорных рецепторов, которые были бы в этом задействованы. Воспринимаемый вес тела может меняться из-за усталости, анестезии и других факторов. Пациенты, перенесшие инсульт с параличом конечности, часто жалуются на то, что конечность стала тяжелее. Протезы тоже кажутся людям более тяжелыми, хотя часто весят меньше реальной руки или ноги. Элиза Ферре (Elisa R. Ferrè) из Лондонского университета и ее коллеги решили выяснить, как люди воспринимают вес собственной кисти. В трех экспериментах участвовали 60 человек. До начала испытаний каждый участник опускал кисть левой руки, опирающейся на предплечье, на 30 секунд, чтобы оценить ее вес. Затем к уже лежащей на подушке руке крепили браслет, на который подвешивали грузы разной массы. Участники должны были сказать, что ощущалось тяжелее — кисть или груз. Грузом выступали пакетики с рисом, всего их было 16 штук, а их масса составляла от 100 до 600 грамм. В экспериментах ученые использовали психофизическую лестницу. Среднюю массу кисти, согласно ранее проведенным исследованиям, ученые взяли за 400 грамм. Первый подвешенный груз отличался на 200 грамм, то есть его масса составляла 200 либо 600 грамм — в зависимости от того, была лестница нисходящей или восходящей. Массу следующего груза выбирал алгоритм: если участник считал, что груз тяжелее ладони, следующий подвешенный груз был легче, и наоборот. Так спустя какое-то количество испытаний масса грузов начинала колебаться вокруг некоторой цифры — предполагаемой (участником) массы кисти. В первом эксперименте 20 участников просто сравнивали вес кисти и вес груза. Всего с ними провели три блока по 20 испытаний. В конце эксперимента ученые измерили реальную массу кистей участников, посчитав объем вытесненной рукой воды. Средняя масса кисти составила 327,9 грамм. Участникам, однако, казалось, что их кисть весит гораздо меньше: средний ощущаемый вес кисти оказался в среднем на 49,4 процента ниже, чем реальный, — то есть кисть, по мнению испытуемых, весила менее 200 грамм (p < 0,0001). Во втором эксперименте участвовало еще 20 человек. Теперь после серии испытаний ученые попросили людей в течение десяти минут делать упражнения с ручным тренажером, чтобы их кисть устала. Усталость люди оценивали по стобалльной шкале; до начала испытаний она составляла в среднем 10 баллов, а после упражнений — 70. И до, и после упражнений участники воспринимали свои ладони более легкими, чем есть на самом деле. Однако уставшая рука казалась им немного тяжелее, и ощущаемый вес был уже на 28,8 процента ниже реального (p < 0,01), по сравнению с 43,9 процента до упражнений (p < 0,0001). В третьем эксперименте другие 20 участников пытались взвесить свою руку и мешочки с рисом, однако теперь в каждом испытании они чувствовали поочередно и вес кисти, и вес груза. Независимо от того, что они взвешивали первым, рука все равно казалось им легче, чем она есть на самом деле — в среднем на 33,4 процента (p < 0,001) Исследователи предположили, что такое искажение восприятия, возможно, помогает нам сравнивать массы двух предметов, которые мы берем в обе руки. Если один предмет весит 400 грамм, а другой 500, и к ним добавляется еще и масса самих рук (около 3 килограмм), то распознать, что тяжелее, а что легче, будет сложно. Таким образом, перцептивное «вычитание» веса собственных конечностей может улучшить восприятие веса самих предметов. Также авторы считают, что занижение ощущаемого веса тела — механизм, который помогает нервной системе модулировать активность, или, наоборот, отдых. А воспринимаемый вес предметов можно изменить в виртуальной реальности. Например, если предмет движется медленнее, чем рука, он будет казаться немного тяжелее. А еще более тяжелыми виртуальные объекты станут, если надеть на запястья вибрирующие ремешки.