Reprinted by permission of Farrar, Straus and Giroux. Adaptacja z książki How Earth’s Deadliest Creatures Mastered Biochemistry, autorstwa Christie Wilcox. Copyright © 2016 by Christie Wilcox.
Nie wiem, czy karaluchy śnią, ale wyobrażam sobie, że jeśli tak, to osy klejnotowe zajmują poczesne miejsce w ich koszmarach. Te małe, samotne tropikalne osy nie stanowią dla nas, ludzi, większego problemu; w końcu nie manipulują naszymi umysłami tak, aby mogły nas serwować jako chętne, żywe posiłki dla swoich noworodków, tak jak to robią z niczego nie podejrzewającymi karaluchami. To materiał na horror, całkiem dosłownie: osa klejnotowa i jej podobne gatunki zainspirowały wyrywające się z piersi horrory z serii Obcy. Historia jest prosta, choć groteskowa: samica osy kontroluje umysły karaluchów, którymi karmi swoje potomstwo, odbierając im poczucie strachu i chęć ucieczki przed losem. Ale w przeciwieństwie do tego, co widzimy na dużym ekranie, to nie jakiś nieuleczalny wirus zmienia niegdyś zdrowego karalucha w bezmyślne zombie – to jad. I to nie byle jaki jad: specyficzny jad, który działa jak lek, celując w mózg karalucha.
Mózgi, w swej istocie, to tylko neurony, niezależnie od tego, czy mówimy o ludzkich mózgach, czy mózgach owadów. Istnieją potencjalnie miliony związków jadowych, które mogą włączać lub wyłączać neurony. Nie powinno więc dziwić, że niektóre jady celują w starannie chroniony centralny układ nerwowy, w tym w nasze mózgi. Niektóre przeskakują przez przeszkody fizjologiczne, z odległych miejsc wstrzyknięcia na całym ciele i przez barierę krew-mózg, aby dostać się do umysłów swoich ofiar. Inne są wstrzykiwane bezpośrednio do mózgu, jak w przypadku osy klejnotowej i jej żywiciela karalucha zombie.
Making of a zombie
Osy klejnotowe są pięknym, choć przerażającym przykładem tego, jak neurotoksyczne jady mogą zrobić znacznie więcej niż sparaliżować. Osa, która często jest tylko ułamkiem wielkości swojej ofiary, rozpoczyna atak z góry, spada w dół i chwyta płoć ustami, celując swoim „żądłem” – zmodyfikowaną częścią ciała służącą do składania jaj, zwaną ovipositor – w środek ciała, tułów, pomiędzy pierwszą parę nóg. Szybkie uderzenie trwa zaledwie kilka sekund, a związki jadowe działają szybko, chwilowo paraliżując karalucha, dzięki czemu osa może wycelować następne żądło z większą dokładnością. Za pomocą długiego żądła kieruje swój zmieniający umysł jad w dwa obszary zwojów nerwowych, owadziego odpowiednika mózgu.
Żądło osy jest tak dobrze dostrojone do swojej ofiary, że może wyczuć, gdzie znajduje się wewnątrz kopuły karalucha, aby wstrzyknąć jad bezpośrednio w podsekcje jego mózgu. Żądło jest w stanie wyczuć miejsce w głowie karalucha, opierając się na mechanicznych i chemicznych wskazówkach, aby znaleźć drogę przez osłonę zwojową (owadzia wersja bariery krew-mózg) i wstrzyknąć jad dokładnie tam, gdzie trzeba. Dwa obszary mózgu karaluchów, w które celuje, są dla niej bardzo ważne; naukowcy sztucznie przycięli je karaluchom, aby zobaczyć, jak reaguje osa, a kiedy zostaną usunięte, osa próbuje je odnaleźć, zajmując dużo czasu z wbudowanym żądłem w poszukiwaniu brakujących regionów mózgu.
Wtedy zaczyna się kontrola umysłu. Najpierw ofiara sama się pielęgnuje; gdy tylko przednie nogi płoci odzyskają sprawność po przejściowym paraliżu wywołanym użądleniem w ciało, rozpoczyna ona staranną rutynę pielęgnacyjną, która trwa około pół godziny. Naukowcy wykazali, że zachowanie to jest specyficzne dla jadu, ponieważ przebicie głowy, ogólne zestresowanie karaczana lub kontakt z osą bez aktywności żądła nie wywołały tej samej potrzeby higienicznej. Ta nagła potrzeba czystości może być również wywołana przez zalew dopaminy w mózgu karaczana, więc sądzimy, że związek dopaminopodobny zawarty w jadzie może być przyczyną tego germofobicznego zachowania. Kwestią dyskusyjną jest to, czy sama pielęgnacja jest korzystną cechą jadu, czy też efektem ubocznym. Niektórzy uważają, że zachowanie to zapewnia czysty, wolny od grzybów i mikrobów posiłek dla wrażliwego dziecka osy; inni sądzą, że może ono jedynie rozpraszać uwagę karalucha przez jakiś czas, gdy osa przygotowuje grób karalucha.
Dopamina jest jedną z tych intrygujących substancji chemicznych, które można znaleźć w mózgach szerokiego spektrum życia zwierzęcego, od owadów aż po ludzi, a jej efekty są istotne dla wszystkich tych gatunków. W naszych głowach jest ona częścią umysłowego „systemu nagrody”: powodzie dopaminy są wywoływane przez przyjemne rzeczy. Ponieważ sprawia, że czujemy się dobrze, dopamina może być cudowna, ale jest również powiązana z zachowaniami uzależniającymi i „hajami”, które odczuwamy po zażyciu nielegalnych substancji, takich jak kokaina. Nie możemy wiedzieć, czy karaluch również odczuwa przypływ owadziej euforii, kiedy jego mózg zalewa dopamina – ale wolę myśleć, że tak. (Po prostu wydaje się to zbyt makabryczne, by zwierzę nie odczuwało żadnej radości z powodu strasznego końca, jaki je czeka.)
Podczas gdy karaluch sprząta, osa opuszcza swoją ofiarę w poszukiwaniu odpowiedniego miejsca. Potrzebuje ciemnej nory, w której może zostawić swoje dziecko i ofiarę zombie-karalucha, a znalezienie i przygotowanie odpowiedniego miejsca zajmuje jej trochę czasu. Kiedy wraca po około 30 minutach, efekty działania jadu są już widoczne – karaluch stracił wszelką chęć do ucieczki. W zasadzie stan ten jest przejściowy: jeśli oddzielić zaatakowanego karalucha od jego niedoszłego zabójcy, zanim larwa zdąży się wykluć, wykarmić i poczwarkować, zombifikacja ustępuje w ciągu tygodnia. Niestety, dla zaatakowanego karalucha to po prostu zbyt długo. Zanim jego mózg ma szansę wrócić do normalnego stanu, młoda osa zdążyła się już nasycić i zabić swego żywiciela.
Zdolności motoryczne karalucha pozostają nienaruszone, ale owad po prostu nie wydaje się skłonny do ich użycia. Tak więc jad nie znieczula zmysłów zwierzęcia – zmienia on sposób, w jaki jego mózg na nie reaguje. Naukowcy wykazali nawet, że bodźce, które normalnie wywołują działania unikowe, takie jak dotknięcie skrzydeł lub nóg płoci, nadal wysyłają sygnały do mózgu zwierzęcia; po prostu nie wywołują reakcji behawioralnej. Dzieje się tak, ponieważ jad wycisza pewne neurony, przez co stają się one mniej aktywne i wrażliwe, co prowadzi do nagłego braku strachu u płoci i chęci bycia pogrzebanym i zjedzonym żywcem. Ta aktywność jadu wymaga toksyn, które celują w kanały chlorkowe bramkowane przez GABA.
GABA, czyli kwas γ-aminomasłowy, jest jednym z najważniejszych neuroprzekaźników w mózgach owadów i ludzi. Jeśli aktywność neuronów jest imprezą, to GABA jest mokrym kocem; tłumi zdolność neuronu do bycia wywołanym poprzez aktywację kanałów chlorkowych. Kiedy kanały chlorkowe otwierają się, pozwalają na przepływ ujemnych jonów chlorkowych. Ponieważ jony te lubią przebywać z jonami dodatnimi, jeśli kanały te są otwarte w momencie, gdy otwiera się kanał sodowy, jony chlorkowe mogą przekraczać błonę w prawie takim samym tempie jak jony sodowe, utrudniając jonom sodowym rozpoczęcie kaskady domina, jaką jest sygnalizacja neuronu. Nawet jeśli neuron otrzymuje polecenie „start”, potencjał czynnościowy zostaje zatrzymany w miejscu. GABA nie jest jednak całkowitym inhibitorem – kanały chlorkowe nie do końca nadążają za kanałami sodowymi, więc silny bodziec może przezwyciężyć efekt tłumienia. Ten system tłumiący jest tym, co osa wykorzystuje, aby zmusić karalucha do wykonywania jej poleceń. Jej jad jest pełen GABA i dwóch innych związków, które również aktywują te same receptory chlorkowe: β-alaniny i tauryny. Te związki działają również w celu zapobiegania wychwytu zwrotnego GABA przez neurony, przedłużając efekt.
Ale chociaż te związki jadu mogą odciąć aktywność mózgu, która zmusiłaby jej ofiarę do ucieczki, to czego nie mogą zrobić, to samodzielnie dotrzeć do odpowiednich części mózgu karalucha. Dlatego osa musi wstrzyknąć je bezpośrednio do zwojów mózgowych karalucha. Na szczęście dla niej, w dogodnym dziwactwie natury, ten sam jad, który zombiakuje mózgi karaluchów, działa jak magia, by wywołać przejściowy paraliż potrzebny do wykonania zastrzyku w czaszkę. GABA, β-alanina i tauryna również tymczasowo wyłączają neurony ruchowe, więc osa potrzebuje tylko jednego jadu, aby wykonać dwa bardzo różne zadania.
Kiedy jej ofiara jest spokojna i wyciszona, osa może uzupełnić swoją energię łamiąc anteny płoci i wypijając słodką, odżywczą krew owada. Następnie prowadzi ofiarę do miejsca jej ostatecznego spoczynku, używając resztek anteny, jak jeździec używa wędzidła. Kiedy już znajdzie się w swojej norze, przyczepia jedno jajo do nogi karalucha, po czym zamyka swoje potomstwo i karalucha w środku.
Świeże posiłki
Jakby manipulacja umysłem nie była wystarczająco zła, jad osy ma jeszcze jedną, ostatnią sztuczkę. Podczas gdy płoć czeka na swoją nieuchronną zgubę, jad spowalnia jej metabolizm, aby zapewnić, że żyje wystarczająco długo, by zostać pożartym jeszcze na świeżo. Jednym ze sposobów pomiaru metabolizmu jest ilość tlenu zużywanego w czasie, ponieważ wszystkie zwierzęta (w tym my) zużywają tlen w procesie tworzenia energii z żywności lub zapasów tłuszczu. Naukowcy odkryli, że zużycie tlenu przez karaluchy, które zostały użądlone, jest znacznie niższe niż u ich zdrowych przyjaciół. Sądzili, że może to być wynikiem ograniczonego ruchu zadowolonych ofiar, ale nawet gdy paraliż jest wywoływany za pomocą leków lub odcinania neuronów, użądlone karaczany żyją dłużej. Kluczem do przedłużonego przeżycia wydaje się być nawodnienie. Nie wiadomo, jak dokładnie jad utrzymuje karalucha w stanie nawodnienia, ale zapewnia, że kiedy larwa osy wykluwa się z jaja, jej posiłek jest gotowy do spożycia. A wkrótce potem z nory wyłania się nowa osa, pozostawiając za sobą padlinę płoci.
Jad osy Jewel jest tylko jednym z przykładów jadu neurotoksycznego doprowadzonego do ekstremum. Istnieje ponad 130 gatunków w tym samym rodzaju os, w tym nowo opisany Ampulex dementor (nazwany na cześć wysysających dusze strażników magicznego więzienia Azkaban w serii filmów o Harrym Potterze). Ampulex należy do bardzo dużej i zróżnicowanej grupy os, liczącej co najmniej setki tysięcy gatunków, które znane są z poważnych manipulacji umysłowych. Wszystkie mają makabryczny cykl życia: jako osobniki dorosłe odżywiają się jak inne osy i pszczoły, ale jako larwy muszą żywić się innymi zwierzętami. Nie są całkiem niezależne, nie całkiem pasożyty – są pasożytnicze, lub jak nazywają je naukowcy, parazytoidy.
Karaluchy nie są ich jedynymi celami; są pasożytnicze osy, które składają jaja w pająkach, gąsienicach i mrówkach. Umiarkowana półkula północna osa Agriotypus będzie nurkować pod wodą, aby dołączyć swoje jaja do larw muchy caddis i może pozostać zanurzona do 15 minut, aby wykonać swoje zadanie. Odważne osy Lasiochalcidia z Europy i Afryki rzucają się w koszmarne szczęki mrówczego lwa, rozdzierają je i wkładają swoje jaja do jego gardła. Istnieją nawet osy zwane hiperparazytoidami, które pasożytują na innych osach, takich jak gatunki Lysibia z Europy i Azji, które wywęszą gąsienice pasożytowane przez inne pasożytnicze osy z rodzaju Cotesia i złożą jaja w świeżo poczętej larwie osy. W niektórych przypadkach, wiele gatunków os pasożytuje na sobie nawzajem, prowadząc do rosyjskiej lalki pasożytniczych interakcji.
And to ensure their safe passage from larva to adulthood, these wasps often gain more than just a meal from their hosts. Jedna z nich zamienia swoich gąsienicowych gospodarzy w nieumarłych ochroniarzy, którzy będą bronić poczwarki młodych os, które właśnie zjadły jej ciało. Larwa innego gatunku zmusza swego pajęczego żywiciela do przędzenia zdeformowanej, lecz trwałej pajęczyny w celu ochrony kokonu tuż przed zabiciem pajęczaka.
Gdy osy z tej niezwykłej rodziny mogły udoskonalić sztukę kontroli umysłu, istnieją inne jadowite gatunki, których toksyny zmieniają stany psychiczne. Istnieją nawet gatunki, których neurotoksyczne związki przedostają się przez naszą własną barierę krew-mózg, co jest wyczynem, którego żaden jad osy nie może jeszcze osiągnąć. Ale w przeciwieństwie do karaluchów, my, Homo sapiens, mamy dziwne powinowactwo do substancji, które mieszają nam w głowach. Chociaż karaluchy uciekają przed tymi, które mogłyby im skręcić mózg, niektórzy ludzie są gotowi zapłacić nawet 500 dolarów za dawkę jadu, aby mieć podobne doświadczenie.