Кажется настолько очевидным, что кто-то должен был подумать об этом десятилетия назад: поскольку паразиты заставляют страдать всю эукариотическую жизнь в течение миллионов лет, их распространенность, вероятно, влияет на эволюцию.
Психолог Марко Дель Джудице из Университета Нью-Мексико, не первый исследователь, который предположил, что на развитие человеческого мозга могли влиять паразиты, манипулирующие поведением хозяина. Утомленный ожиданием, когда неврологи возьмут инициативу, он опубликовал статью в журнале Quarterly Review of Biology, в которой рассматриваются четыре категории адаптивных контрмер хозяина против паразитов, манипулирующих мозгом, и вероятные эволюционные реакции самих паразитов. Эта идея имеет значение для множества областей науки и практики, иногда может объяснить психологию поведения человека, функциональную структуру мозговой сети и разочаровывающе изменчивые эффекты психофармацевтических препаратов.
Как передает сайт Phys.оrg, подробная и очень читаемая статья представляет собой теоретическую работу, призванную обеспечить дорожную карту для более глубокого изучения поднятых вопросов, которая, вероятно, будет сложной и в конечном итоге потребует участия неврологов, эволюционных биологов, психологов, паразитологов и многих других специалистов.
Сегодня науке известно, что многие паразиты манипулируют поведением хозяина для увеличения репродуктивного успеха и распространения на большие расстояния. Д-р Дель Джудице приводит в пример микроорганизм Toxoplasma gondii (токсоплазму), который вызывает у крысы эпигенетические изменения в миндалинах. Следствием этого является уменьшение её боязни хищников, в частности – кошек. Именно последние представляют цель токсоплазмы: это единственное животное, в котором паразит может размножаться (как побочный эффект, он может использовать для жизни людей, но люди являются репродуктивным тупиком для T. gondii. Считается также, что данный микроорганизм изменяет и поведение человека).
Дель Джудице также ссылается на бешенство, которое увеличивает выработку инфекционной слюны и вызывает отвращение хозяина к воде, что продолжает концентрировать слюну, а затем вызывает агрессивное поведение, увеличивая вероятность укуса – путь передачи. Известно также, что многие патогены, передаваемые половым путем, манипулируют сексуальным поведением хозяина.
Дело в том, что паразиты действительно вредны для хозяев, и поэтому понятно, почему эволюция современных людей привела к формированию защитных контрмер, которые, вероятно, сформировали нашу очень сложную центральную нервную систему.
В научной статье рассматривается четыре контрмеры, которые хозяева развили в отношении манипулятивных паразитов: ограничение доступа к мозгу; увеличение затрат на манипуляции; увеличение сложности сигналов; и повышение надежности. К каждой категории Дель Джудице приводит эволюционные ответы паразитов на эти контрмеры.
Ограничение доступа к мозгу
Ограждение паразитов, стремящихся внутрь высших организмов, вне центральной нервной системы – один из основных способов защиты. Гематоэнцефалический барьер представляет собой первую линию обороны, представленный слоем физической и химической безопасности.
У паразитов появились другие способы манипулирования поведением вне мозга: некоторые производят вещества, изменяющие поведение, такие как дофамин, и выделяют их в кровь; некоторые манипулируют секрецией гормонов; другие активируют специфические иммунные ответы, чтобы манипулировать хозяином. Дель Джудице также приводит ряд паразитов, которые разработали методы прохождения через гематоэнцефалический барьер для физического достижения мозга.
Увеличение затрат на манипуляции
Некоторые паразиты выпускают определенные нейрохимические вещества, чтобы изменить поведение хозяина. В качестве контрмеры хозяева могут адаптироваться, увеличивая количество определенных нейрохимикатов, необходимых для индукции таких реакций, значительно увеличивая метаболические границы вынносливости для паразитов. Поскольку хозяева, как правило, намного крупнее, эта повышенная концентрация может быть совершенно незначительной для хозяина, но подавлять способность паразита производить достаточное количество нейроактивного вещества.
Увеличение сложности сигналов
Центральная нервная система использует нейроактивные вещества в качестве внутренних сигналов между нейронами, сетями мозга и между мозгом и другими органами. Паразиты могут распознать и скопировать эти вещества, чтобы изменить поведение хозяина, генерируя первичные сигналы или, как указывает Дель Джудице, разрушить существующие. Это влечет за собой нарушение внутреннего сигнального кода организма.
Таким образом, более сложный сигнальный код паразиту труднее сломать. Случаи такого увеличения сложности требуют совместного действия различных нейрохимикатов или высвобождение нейроактивных веществ в специфически синхронизированные импульсы. Расширение набора молекул передачи и их связывающих рецепторов также увеличивает сложность. Более сложные внутренние сигналы увеличивают время, необходимое для прерывания. С адаптивной точки зрения это может закрыть возможности паразита к размножению, заставляя его развивать другие средства манипуляции.
Однако растущая сложность увеличивает метаболические затраты для хозяев, хотя эти затраты непропорционально дороже для паразитов. И Дель Джудице отмечает, что увеличение сложности системы «имеет тенденцию создавать новые точки хрупкости», которые могут быть использованы паразитами путем адаптации.
Повышение надежности
Повышение надежности системы в основном сводится к контролю ущерба. Высшие организмы имеют тенденцию развиваться таким образом, что они могут поддерживать нормальную функциональность поведения даже во время атаки паразита. Дель Джудице обсуждает ряд пассивных, реактивных и проактивных стратегий надежности организма-хозяина, включая избыточность и модульность систем; так называемые сетевые архитектуры бабочки (bow-tie architecture); системы с обратной связью, которые обнаруживают возмущения системы и вносят коррективы; и мониторинг неспецифических сигналов, таких как активность иммунной системы, указывающих на присутствие паразитического патогена.
В значительной степени адаптация устойчивости исключает фиксированные физиологические изменения и вместо этого способствует развитию «пластических реакций, вызванных признаками инфекции». Причина в том, что если физиология и поведение мозга адаптированы для наилучшего функционирования в присутствии патогена, то его отсутствие приведет к неоптимальному поведению и снижению выживаемости.
Дель Джудице поднимает в статье обсуждение вопроса ограничений на развитие контрмер хозяевами. К ним относятся метаболические и вычислительные ограничения, такие как доступность энергии и маленький размер тела – животные с большим мозгом могут легче развить более высокий уровень сложности защиты. Это одна из причин того, что паразиты, изменяющие поведение, чаще наблюдаются у насекомых.
Психофармакология
Наконец, автор включает увлекательное обсуждение последствий таких адаптаций для психофармакологии.
«Использование психоактивных препаратов для лечения психиатрических симптомов – это попытка изменить поведение человека с помощью фармакологических средств. Это то, что делают манипулятивные паразиты – даже если в случае психиатрического лечения цель состоит в том, чтобы принести пользу пациенту», – пишет Дель Джудице.
Таким образом, адаптивные реакции на атаки паразитов могут объяснить, почему у некоторых пациентов антидепрессанты имеют тенденцию вызывать толерантность – подобно паразитам, лекарства стремятся изменить поведение организма с возможностью того, что надежные нейронные системы восстанавливают пути поведения, которые были изменены препаратом.
«Стоит рассмотреть возможность того, что, по крайней мере, некоторые из этих реактивных механизмов могут быть специально разработаны для обнаружения и реагирования на вторжения паразитов», – пишет Дель Джудице. «Если это так, стандартные фармакологические методы лечения могут невольно имитировать атаку паразита и вызывать специальные защитные реакции».
Он добавляет, что некоторые нежелательные побочные эффекты лекарств могут быть метаболически дорогими, полезными адаптивными функциями при паразитарной инфекции, но вредными для психиатрического лечения.
В целом научная статья представляет собой теоретическое исследование идей, связанных с паразитизмом как эволюционным давлением, и отражает то, насколько сложным и трудным будет данный вопрос для исследователей, занимающихся и без того сложными областями нейрофизиологии и мозговых сетей.
