Pietà la povera formica falegname ignara che involontariamente viene infettata da spore sparse da un fungo parassita nel genere Cordyceps., Le spore si attaccano alla formica e germinano, diffondendosi attraverso il corpo dell’ospite attraverso lunghi viticci chiamati miceli. Cordyceps trasforma essenzialmente il suo ospite in uno schiavo zombi, costringendo la formica a salire in cima alla pianta più vicina e bloccare le sue piccole mascelle in una presa mortale attorno a una foglia o un ramoscello.

Il fungo poi divora lentamente la formica, germogliando attraverso la sua testa in un’ultima umiliazione. Poi le crescite bulbose alle estremità del micelio scoppiano, rilasciando ancora più spore nell’aria, per infettare formiche ancora più ignare., Non è un ottimo modo per andare: l’intero processo può richiedere da quattro a 14 giorni.

Esistono più di 400 diverse specie di funghi Cordyceps, ognuno dei quali mira a una particolare specie di insetti, che si tratti di formiche, libellule, scarafaggi, afidi o coleotteri. L’aspetto della zombificazione ha reso il fungo uno dei preferiti dei documentari naturalistici. Ha anche lavorato la sua strada nella cultura popolare, come il videogioco zombie-apocalypse, The Last of Us (2013), in cui un fungo parassita muta in modo che infetta anche gli esseri umani., Ma gli scienziati sono desiderosi di studiare Cordyceps per saperne di più sulle origini e meccanismi intricati dietro questi tipi di malattie patogeni-based.

Puppetmaster parassita

David Hughes, un entomologo presso la Penn State University, ha studiato l’affascinante relazione tra formiche carpentiere e il loro partner parassita, Ophiocordyceps unilateralis, per anni, nella speranza di imparare di più su come il fungo controlla il suo ospite condannato., Ricerche precedenti hanno dimostrato che la zombificazione potrebbe essere dovuta al rilascio di una sostanza chimica speciale che fa contrarre con forza i muscoli delle mandibole delle formiche infette per quel morso mortale.

Nel 2017, il Prof. Hughes e il suo team hanno scansionato fette ultrasottili di formiche infette sotto un potente microscopio per costruire un modello 3D, segnando accuratamente quali parti erano formica e quali erano funghi. Ciò ha dato loro uno sguardo molto più dettagliato su ciò che stava accadendo strutturalmente a livello cellulare. Hanno trovato una percentuale sorprendentemente alta di cellule fungine nei corpi delle formiche., Le cellule erano concentrate direttamente fuori dal cervello senza mai penetrare nel cervello.

Invece, le cellule fungine formato un elaborato, interconnesso rete 3D, consentendo loro di comunicare tra loro e lo scambio di sostanze nutritive. Essenzialmente tagliano il cervello dal resto del corpo della formica, in modo che le cellule collegate in rete possano controllarne il comportamento. Come ha scritto Ed Yong in The Atlantic ,” La formica finisce la sua vita come prigioniera nel proprio corpo. Il suo cervello è ancora al posto di guida, ma il fungo ha la ruota.,”

” Il suo cervello è ancora al posto di guida, ma il fungo ha la ruota.”

Ora, il laboratorio Hughes è tornato con un nuovo articolo in Biologia sperimentale. Questo ultimo studio “ci dà un quadro più ampio delle interazioni fungo-ospite che si verificano nei muscoli della mandibola delle formiche infette al momento del morso”, ha detto Colleen Mangold di Penn State, co-autore sul giornale. Queste interazioni sono probabilmente ciò che c’è dietro quel morso mortale, dal momento che il fungo in realtà non si attacca direttamente al cervello di una formica infetta., Piuttosto, rompe la membrana che copre le fibre muscolari della mascella, causando contrazioni abbastanza forti da danneggiare o distruggere i filamenti muscolari che scivolano l’uno oltre l’altro quando i muscoli si contraggono.

Poiché questo particolare fungo prospera in ambienti caldi e umidi (Brasile o Carolina del Sud), gli scienziati di U-Penn hanno ricreato un ambiente simile in laboratorio. Hanno raccolto spore da formiche infette e le hanno iniettate in formiche sane in laboratorio. Il trucco qui stava determinando il corretto dosaggio di spore.,

“Se iniettiamo con troppe poche spore, la formica può combattere l’infezione”, ha detto Mangold. “Tuttavia, se ne iniettiamo troppi, la formica potrebbe morire poco dopo l’inoculazione senza alcun cambiamento comportamentale. Quindi abbiamo dovuto trovare un dosaggio da qualche parte nel mezzo.”

L’ambiente di laboratorio è stato progettato per assomigliare a condizioni di free-roaming, non un nido di colonia di formiche. “Il fungo non è in grado di svilupparsi in uno stadio maturo e infettivo all’interno dei nidi di formiche”, ha detto Mangold., “Ciò è probabilmente dovuto al fatto che le formiche sane a volte rimuovono fisicamente le formiche infette dal nido e/o le condizioni all’interno del nido—come l’umidità o la temperatura—non sono ottimali per la crescita dei funghi. Quando una formica infetta è lontana dal nido, il fungo può crescere e maturare e le spore infettive possono essere rilasciate.”

Muscoli sotto il microscopio

Mentre gli insetti infetti stavano morendo, Mangold et al. li congelò e rimosse i muscoli della mascella per la conservazione. Poi hanno studiato quei tessuti sotto un microscopio elettronico a scansione (SEM)., Quelle immagini mostravano chiaramente i filamenti del fungo che penetravano nel tessuto muscolare, ma le giunzioni neuromuscolari—dove i segnali nervosi dal cervello entravano nei muscoli per controllare il loro movimento—rimanevano intatte, indicando che il fungo non sta influenzando direttamente il cervello di una formica infetta. Il team ha anche osservato strane particelle simili a vescicole attaccate al tessuto infetto, anche se non è chiaro se quelle siano prodotte dal fungo o dalla formica ospite.

Il team tenterà successivamente di isolare le vescicole simili a perline per imparare un po ‘ di più su di loro., “Vogliamo sapere se provengono dal fungo o dall’ospite e cosa è confezionato al loro interno”, ha detto Mangold. Se le vescicole provengono dal fungo, ciò suggerirebbe che tutto ciò che è all’interno gioca un ruolo nella contrazione muscolare—forse secernendo qualche sostanza che causa spasmi nel muscolo—o media la comunicazione tra le cellule fungine.

Se le vescicole provengono dalle formiche ospiti, il contenuto potrebbe essere una risposta immunitaria di qualche tipo., In entrambi i casi, “Capire di più su queste vescicole può aiutare a fornire informazioni sulle interazioni ospite-patogeno che possono contribuire alla morsa della morte”, ha detto Mangold.

Le formiche carpentiere non sono le uniche specie che sono bersagli per questo tipo di infezione simile agli zombi; sono solo una delle più conosciute. “Ci sono un certo numero di altri sistemi in cui vediamo cambiamenti comportamentali negli host infetti da un microbo”, ha detto Mangold, indicando come esempio le formiche infette da Pandora formicae. “Tuttavia, i meccanismi specifici alla base del cambiamento comportamentale dell’ospite possono differire tra i due sistemi., Ecco perché sarà interessante studiare ogni sistema e vedere dove i nostri risultati sono simili e dove sono diversi.”

DOI: Journal of Experimental Biology, 2019. 10.1242 / jeb.200683 (A proposito di DOI).