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.

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.