Parasiterna som styr oss
(Från Allt om Vetenskap 4-2009)
En parasit är en utsugare som utnyttjar andra för sin egen vinning. Men parasiter kan till och med förvandla sina offer till lydiga slavar. Eller få dem att begå självmord.
Ingenting inom biologin blir begripligt om man inte ser det som en följd av evolutionen, lyder ett känt citat.
Det gäller inte minst parasiternas märkliga förmåga att ta makten över andra varelser, och styra deras liv efter sina egna syften.
En stilla sommarkväll står en flock kor och idisslar i hagen. Då och då sänker de sina tunga huvuden och sliter loss ytterligare en tugga av det daggvåta gräset. Men under idyllen döljer sig ett drama som är osynligt för både kor och eventuella mänskliga vittnen, ett drama på liv och död.
Här och var i ängens grästuvor sitter myror fastklamrade högst upp. De sitter där för att bli uppätna av korna. Myrorna ger sina liv för att osynlig liten plattmask ska föröka sig.
Den osynliga huvudpersonen i just det här dramat heter leverflundran, eller Dicrocoelium dendriticum.
Den är en liten mikroskopisk plattmask som lever sitt liv inuti andra djur och följer en levnadsbana i flera steg. Livscykeln är så komplicerad att den måste styra sina värddjur i detalj för att kunna få ihop hela kretsloppet från början till slut.
Plattmaskarna förökar sig inuti kor.
I de smala gångarna i kornas lever producerar de tusentals små ägg. Äggen följer med ut när kon släpper iväg sina urtuggade matrester genom bakdörren.
Den varma högen av spillning blir en näringsrik måltid för en snäcka som lever i gräset, och snäckorna får i sig leverflundrans ägg på köpet.
Äggen kläcks inne i snäckan, och strax därefter stöts de ut i form av mycket små slemmiga kulor som hamnar i gräset.
När en svartmyra på jakt efter föda hittar en av slembollarna kan den inte motstå doften. Varje slemboll innehåller hundratals flundror, och myrorna som äter av bollarna blir infekterade.
De flesta av parasiterna beger sig direkt till myrans mage. Men några av dem letar sig fram till myrans centrala nervsystem på ett specialuppdrag. De ska omprogrammera myrans hjärna.
När kvällen kommer och vanliga myror beger sig hem till boet följer de infekterade individerna inte med.
Istället väljer de ut ett grässtrå och börjar klättra upp. I toppen av strået klamrar de sig fast med krampande käkar hela natten, och först när solen går upp återvänder de till sina dagliga sysslor, som om inget hänt. Nästa dag gör de likadant och nästa igen, ända tills de en ödesdiger kväll följer med in i gapet på en betande ko.
Inne i kon frigör sig leverflundrorna från sitt hölje av myra och simmar hela vägen till kons lever. Där ska äggen läggas, och hela livscykeln börjar om på nytt.
Men den lilla leverflundran är långt ifrån ensam om att styra sina värddjur på ett närmast spöklikt ändamålsenligt sätt. Till och med svampar kan göra om tricket. Cordyceps heter en svampgrupp där mer än 400 arter lever som parasiter på olika insekter. En av dem tränger in i myrors kroppar genom de andningshål som alla insekter har i sina pansarskal.
Svampen växer sedan genom att konsumera myran inifrån. Den sparar de livsviktiga organen till sist. När det är dags för svampen att sprida sina sporer tränger svampens rottrådar in i myrans hjärna.
Myran reagerar genom att klättra högt upp i en växt.
Väl uppe på höjden suger svampen i sig det sista av myrans hjärna, och dödar den. Då är det dags för svampen att låta sin stora fruktkropp växa fram. Myran förvandlas till en död blomkruka medan svampen reser sig ur dess kadaver. Den stolta svampen släpper ut kapslar med sporer i luften, kapslar som exploderar på sin väg mot marken, och därmed sprids det dödliga pulvret över ett maximalt stort område och kan infektera nya myroffer. Hela processen tar ungefär en vecka.
Ett om möjligt ännu mer tragiskt öde drabbar en tropisk spindel som lever i regnskogen i Costa Rica. Spindeln utnyttjas av en parasitstekel som först förlamar spindeln med ett stick från sin gadd. Därefter fäster stekeln ett ägg på spindelns bakkropp.
Efter attacken fortsätter spindeln sitt normala insektsfångarliv.
Under tiden kläcks ägget, och larven borrar sig in i spindelns kropp för att suga näring ur den. Under spindelns sista kväll i livet lyckas larven förmå den att spinna ett specialnät.
Det är en smal hängmatta med en liten skyddande kokong i mitten. När nätet är klart tar stekellarven livet av sin spindelvärd, äter upp henne och blir en puppa som hänger från den lilla kokongen i väntan på förvandlingen till en flygande stekel – en stekel som ska ge sig ut för att para sig och hitta en ny spindel att lägga ägg på.
Spindeln blir alltså inte bara mat åt larven. Den ska också bygga ett litet bo åt sin bödel innan den dör.
Spindelns förmåga att spinna ett nät är ett beteende som utvecklats från ett enkelt ursprung i form av en serie av separata delar, beteendemoduler, som byggts på efter hand.
Primitiva spindlar gjorde bara enkla trådar. Nästa steg blev kanske att korsa trådarna på olika sätt. Bit för bit har fångsttekniken utvecklats under årmiljonerna till de hjulformade nät som många av dagens spindlar använder.
Men varje förändring har lagts till som en enskild del i en serie av nervsignaler.
Vad stekellarven lyckats med är att få spindeln att göra ett av de här momenten om och om igen. Den har hittat repeat-kommandot i spindelns nätprogram.
Resultatet är ett litet misslyckat fångstnät, som råkar passa precis som en plattform för larven.
Ett annat grymt exempel på hur parasiter tar kontroll över sina värddjur är parasitstekeln Ampulex compressa. Den plågar vanliga kackerlackor genom att förvandla dem till viljelösa zombies.
När den långbenta stekelhonan vill lägga ägg jagar hon rätt på en lämplig kackerlacka. Först får kackerlackan ett sting i mellankroppen som gör att dess framben viker sig, och den blir helt förlamad för en stund.
Det ger parasiten tid att utdela sitt precisionsstick i värddjurets huvud.
Den smala gadden är försedd med sensorer som letar sig fram genom kackerlackans lilla hjärna tills den hittar exakt rätt punkt där den kan spruta in sin cocktail av signalämnen.
Det som då händer är att kackerlackan helt tycks förlora sin flyktreflex. När den reser sig upp igen, står den lugnt kvar, och låter sig sedan ledas av stekeln med hjälp av ett fast grepp i en av kackerlackans antenner.
Som en hund i ett koppel tar den sedan med sig kackerlackan till sitt förberedda bo. Där tittar den lydigt på medan stekeln stänger igen ingången och sedan lägger ett ägg.
När ägget kläcks kommer det ut en larv som direkt äter sig in i den passiva kackerlackan. Efter drygt en vecka är larven färdigutvecklad. Då kliver en parasitstekel ut ur den livlösa kackerlackans kropp som nu är uppäten inifrån.
Den här processen har intresserat den israeliske forskaren Frederic Libersat, som försökt identifiera vad det är för ämne som Ampulex använder för att uppnå sitt mål. Nämligen det att kackerlackan inte blir förlamad och ohanterlig, utan istället bara oförmögen att reagera och därmed helt flyttbar.
Genom att injicera olika signalämnen i kackerlackornas hjärnor har han lyckats få fart på zombie- kackerlackan igen genom ett ämne som kallas octopamin. Det är ett signalämne som liknar adrenalin, och som många ryggradslösa djur använder vid energikrävande processer, till exempel när en gräshoppa gör ett av sina språng.
Det tyder på att stekelns gift hämmar funktionen av just octopamin, kanske genom att stänga av en gen som producerar ämnet. En sådan enkel av/på-signal kan skapa beteendet, under förutsättning att den injiceras på exakt rätt plats i hjärnan.
Det är inte bara insekter som kan bli styrda eller personlighetsförändrade av sina parasiter. Det drabbar också däggdjur, och kanske även dig och mig.
De flesta katter bär på en inälvsparasit vid namn toxoplasma. De mikroskopiska djuren lägger sina ägg i kattens tunntarm. Äggen följer med kattens avföring ut i naturen – eller ner i närmsta sandlåda. De utkläckta parasiterna kan sedan leva i alla varmblodiga djur, alltså både hos däggdjur och fåglar.
De håller mest till i muskelvävnad och i hjärnan hos sina värddjur.
Det är lätt att råka ut för toxoplasma, till exempel genom kontakt med kattspillning, eller hantering av rått kött från ett infekterat djur. Man räknar med att upp till en fjärdedel av alla svenskar bär på infektionen. I andra länder är den ännu vanligare. Förekomsten ligger över 80 procent i Brasilien och Frankrike.
Parasiten är svår att helt bli av med. Den lever ett stilla liv i små cystor i muskler och hjärna. Men de flesta människor med normalt immunförsvar lever med parasiterna utan besvär. Men de kanske gör sig påminda ändå.
För några år sedan upptäckte forskare i Oxford att råttor med toxoplasmainfektion hade tappat respekten för katter.
Råttorna fick gå i en labyrint där forskarna placerat katturin i ett av hörnen. Normala råttor skyr kattlukten som pesten och skulle aldrig stanna kvar på en plats där en katt lättat sin blåsa. Men toxoplasmainfekterade råttor var helt obekymrade. En del av dem tycktes till och med attraherade av den farliga doften. Samma sak har visat sig gälla möss. De går inte ur vägen för en katt.
Slutsatsen: parasiten manipulerar sin värd för att den ska gå dess ärenden. Toxoplasma vill naturligtvis hamna i en katt, det enda stället där den kan föröka sig sexuellt. Alltså ser den till att hela värddjuret ökar sina chanser att hamna inuti en katt.
För två år sedan upptäckte några biologer vid Stanforduniversitetet i Kalifornien att den osynliga parasiten förändrar råttornas beteende med kirurgisk precision. Toxoplasma finns i djurens hjärna, och koncentrationen är särskilt stor i amygdala, en del av hjärnan som är central för att lära in känslomässigt styrda reaktioner, bland annat rädsla och flykt.
Men de påverkade gnagarna var långt ifrån fria från rädsla i största allmänhet. De hade inga problem att lära in nya saker att vara rädda för, och det var enbart kattlukt som hade förlorat sin emotionella laddning.
De var fortfarande lika försiktiga när de till exempel stötte på lämningar från en hund. Allt talar för att toxoplasma manipulerar råttor och möss just så att de ska ätas upp av katter.
Men hur var det då med dig och mig?
Jo, människor med toxoplasma i kroppen har också ett förändrat beteendemönster. Men det är osäkert hur utpräglat det är, och frågan är fortfarande omdiskuterad.
Analyser av personlighetstyper har visat att personer som bär på parasiten avviker på flera olika sätt. Män blir mer neurotiska, osäkra och undviker nya företeelser. Kvinnor med toxoplasma däremot betecknas som känslomässigt varmare och mer utåtriktade än obesmittade individer.
Dessutom har infekterade personer visat sig ha långsammare reaktioner, vilket kanske är en förklaring till att de också har en upp till tre gånger högre risk att råka ut för trafikolyckor, enligt statistik från sjukhus i både Tjeckien och Turkiet.
Det finns också teorier om att toxoplasma kan spela en roll för uppkomsten av vissa psykiska sjukdomar, bland annat schizofreni.
Men hur det än är med den saken så är det inte toxoplasmas avsikt.
Vi ingår inte i parasitens naturliga livscykel. Och inga kända personlighetsförändringar kan få oss att bli uppätna av en katt. Effekten ska verka på möss, för parasitens mål är att hamna i magen på en katt.
Så om man ser parasiternas makt som en naturlig del av evolutionen, måste toxoplasmas påverkan på våra hjärnor betraktas som en ren bieffekt. Men det utesluter inte att det kan finnas andra parasiter som styr oss. Vi har i så fall bara inte upptäckt dem än.
En art av den långa och smala tagelmasken lever sitt tidiga liv som parasit inuti kroppen på bland annat syrsor. När masken blir tillräckligt stor så drivs syrsan av en obetvinglig drift att kasta sig i närmaste vattensamling, trots att den inte kan simma.
Syrsan drunknar men masken har fått som den vill. I vattnet ringlar den sig ut ur den döda syrsan och simmar iväg för att fortplanta sig.
Proteinanalys har visat att masken framställt en hel rad ämnen som imiterar syrsans egna signalämnen och som tar över dess nervsystem.
Bland annat hittade forskarna bakom analysen en rad proteiner från masken som påverkade utvecklingen av syrsans hjärna och regleringen av dygnsrytmen, plus en flera proteiner med okänd funktion.
Det är med andra ord tagelmaskens gener som börjar styra syrsans beteende.
Hur kan den närmast spöklika förmågan att styra ett värddjurs beteende uppstå av sig själv i naturen?
Det som vid första anblicken verkar otroligt är i själva verket ett starkt argument för att evolutionsteorin fungerar som förklaringsmodell till livets utveckling.
För det första så säger teorin att en förändring som leder till att en organism blir bättre på att föröka sig, det blir en egenskap som tar över hos arten. Förmågan fastnar så att säga i arvsmassan, eftersom fler och fler föds med just det arvet.
Och om det är möjligt för en parasit att påverka sitt värddjur på ett sätt som är fördelaktigt för parasitens förmåga att öka sitt antal, då kommer det med mycket stor sannolikhet också att ske.
Men hur?
Evolutionen förändrar arternas utseende och beteende genom enstaka förändringar i generna, mutationer. Och generna verkar i organismernas celler enbart genom att framställa proteiner av olika slag.
Men hur kan förändringar i proteinerna hos små insekter eller svampar få helt andra djur att börja bete sig som om de var fjärrstyrda robotar, eller programmerade för att hjälpa parasiterna?
Det beror på att vi alla är släkt.
En följd av evolutionen är att de system som utvecklats för att till exempel styra nervsystemet hos ett djur är – i princip – detsamma hos myran som hos oss.
Gener gör proteiner i såväl bakterier, svampar och musslor som i människor, och de gör det med samma mekanismer.
Det är alltså inte så långsökt att tänka sig att en parasit kan tillverka de signalämnen som krävs för att skapa nya beteenden hos helt andra djur. Och om det beteendet hjälper parasiten att föröka sig så kommer förmågan snabbt att bli en del av hela artens repertoar.
Svampen Cordyceps, till exempel, injicerar ett ämne som liknar en av myrans egna signalsubstanser in i dess nervsystem. Det nya signalämnet verkar styra om myrans sätt att tolka doftsignaler från omvärlden.
Just doftämnen, så kallade feromoner, är myrornas kanske viktigaste sätt att orientera sig i tillvaron. Svampar kan producera en rad olika biologiskt aktiva molekyler. Vanliga svenska flugsvampar kan som många vet innehålla hallucinogena ämnen, alltså substanser som har en direkt effekt på hur våra mänskliga hjärnor fungerar.
Det är inte så svårt att tänka sig att en svamp – från början helt slumpmässigt – hittat en formel som påverkar en myra att se världen på ett nytt sätt. Först kanske bara i en form som får den att söka sig mot ljuset. En ny muterad variant kanske får samma ämne att aktiveras först när temperaturen sjunker under en viss nivå, alltså när det blir kväll.
Sedan har samma ämne modifierats och kombinerats med andra signaler genom hundratusentals generationer tills det utlöser den kaskad av beteenden som vi ser hos de hjälplösa myror som drabbats av leverflundran, eller av Cordyceps-svampen. Varje litet steg på vägen som ökar chanserna till fortplantning kommer snabbt att etableras i parasitens arvsmassa.
Varje minimal förändring som ger den minsta lilla fördel framför andra individer i parasiternas värld blir en del av den permanenta genuppsättningen.
På så vis ackumuleras stegen tills de slutligen kan framkalla en hel sekvens av beteenden hos värddjuret, en sekvens som får det att se ut som om parasiten sitter med en fjärrkontroll och styr sitt offer.