17/10/2021
Loài nấm "zombie" lây nhiễm kiến, biến chúng thành những con rối thây ma
Nấm thuộc chi Cordyceps, những gì mà bạn có thể quen gọi với cái tên mỹ miều "đông trùng hạ thảo", thực ra rất đáng sợ. Mùa đông, chúng lây nhiễm vào những con côn trùng, mùa hè chúng biến thành dạng cây. Đó là cách cái tên đông trùng hạ thảo đã được đặt.
Chi Cordyceps có tất cả hơn 400 loài nấm, mỗi loại lây nhiễm trên một loài côn trùng cụ thể, bao gồm ấu trùng, bướm, kiến, chuồn chuồn, gián, rệp hay bọ cánh cứng...
Về cơ bản, những bào tử Cordyceps sau khi nhiễm vào những con kiến sẽ nảy mầm bên trong chúng. Những sợi nấm phát triển xuyên khắp cơ thể kiến, chiếm quyền điều khiển nhận thức của vật chủ.
Cordyceps biến con kiến thành một thây ma nô lệ, buộc nó trèo lên ngọn cây gần nhất và kẹp hàm của nó vào một cành cây hoặc chiếc lá cho đến chết.
Nấm sau đó từ từ nuốt chửng con kiến, biến thành dạng cây và mọc xuyên qua đầu nó. Cho đến ngày trưởng thành, Cordyceps sẽ sinh ra hàng loạt bào tử mới, sẵn sàng b**g ra không khí để đi tìm những nạn nhân xấu số kế tiếp.
Các bào tử có thể lây nhiễm bất kể con kiến nào vô tình đi vào vùng phát tán của chúng. Toàn bộ một vòng đời như vậy có thể chỉ mất từ 4-14 ngày. Cordyceps hoàn toàn có thể hủy diệt cả một tổ kiến nếu gặp điều kiện thuận lợi.
Nhưng tại sao Cordyceps lại có thể chiếm quyền kiểm soát vật chủ lây nhiễm của chúng, các nhà khoa học đang thắc mắc về cơ chế phức tạp đằng sau mầm bệnh này.
David Hughes, một nhà côn trùng học tại Đại học Pennsylvania, Hoa Kỳ đã dành nhiều năm nghiên cứu mối quan hệ hấp dẫn giữa kiến thợ và loài ký sinh trùng lây nhiễm chúng: Ophiocordyceps unilonymousis.
Trước đây, chúng ta chỉ biết quá trình những bào tử nấm phát triển bên trong con kiến giải phóng ra một chất hóa học đặc biệt, khiến cho cơ bắp của côn trùng phải co thắt mạnh. Đó là lý do những con kiến chết trong tư thế ghì chặt hàm của nó vào cành cây hoặc tán lá.
Năm 2017, giáo sư Hughes và nhóm của ông đã quét những lát cắt thi thể siêu mỏng của kiến dưới kính hiển vi. Nó cho phép lập ra một bản đồ 3D về sự phát triển của nấm bên trong cơ thể kiến.
Tấm bản đồ này đã cho chúng ta một cái nhìn chi tiết về điều gì đang diễn ra khi những con kiến nhiễm Cordyceps, tới tận cấp độ tế bào.
Sự thật cho thấy các tế bào nấm xuất hiện trong cơ thể kiến ở một tỷ lệ rất cao. Ngạc nhiên hơn nữa, mặc dù chúng chiếm được quyền điều khiển con kiến, tất cả các bào tử nấm chỉ nhăm nhe phía bên ngoài não mà không bao giờ xâm nhập vào bên trong.
Các tế bào nấm hình thành một mạng lưới kết nối 3D phức tạp, cho phép chúng giao tiếp và trao đổi chất dinh dưỡng với nhau. Mạng lưới này nằm ngay phía bên ngoài não bộ, cắt đứt các kết nối của bộ não kiến với phần còn lại của cơ thể.
Đó là cách các tế bào nấm chiếm quyền kiểm soát hành vi và hoạt động của vật chủ. Như tác giả Ed Young miêu tả trên tờ Atlantic: "Con kiến kết thúc cuộc đời của nó như một kẻ bị cầm tù trong chính thân xác mình. Bộ não của nó vẫn ngồi ở ghế lái, nhưng nấm mới là kẻ cầm vô lăng".
Bây giờ, phòng thí nghiệm Hughes lại vừa công bố một nghiên cứu mới trong tạp chí Sinh học thực nghiệm. Nghiên cứu mới nhất này sẽ cho chúng ta cái nhìn sâu sắc về những gì diễn ra tại thời điểm con kiến bị nấm sai khiến, phải cắn chặt vào cành cây cho đến chết, Colleen Mangold đồng tác giả nghiên cứu giải thích.
Tương tác giữa nấm và vật chủ trong khoảnh khắc nó chiếm lấy quyền điều khiển cơ hàm là thứ chịu trách nhiệm đằng sau vết cắn chết người đó. Nấm không trực tiếp theo túng não bộ con kiến bị nhiễm bệnh, nhưng nó lại phá vỡ được màng bao phủ các sợi cơ hàm.
Sau đó, Cordyceps gây ra các cơn co thắt đủ mạnh để phá vỡ cấu trúc và hoạt động của các sợi cơ, khiến chúng co rút lại mà không duỗi thẳng ra được nữa.
Vì loại nấm đặc biệt này phát triển mạnh trong môi trường nóng ẩm, các nhà khoa học đã tái tạo lại một môi trường tương tự trong phòng thí nghiệm. Họ đã thu thập các bào tử Cordyceps từ những con kiến bị nhiễm bện,h và tiêm chúng vào những con kiến khỏe mạnh trong môi trường thí nghiệm ấy.
Điểm mấu chốt là phải xác định được chính xác lượng bào tử. "Nếu chúng ta tiêm quá ít bào tử, kiến có thể chống lại sự lây nhiễm", Mangold nói. "Tuy nhiên, nếu chúng ta tiêm quá nhiều, con kiến có thể chết ngay sau khi tiêm mà không thể hiện những thay đổi hành vi. Vì vậy, chúng ta phải tìm được một liều thuốc đâu đó ở khoảng giữa".
Môi trường phòng thí nghiệm được thiết kế giống với điều kiện tự do, không phải trong tổ kiến. "Nấm không thể phát triển đến giai đoạn trưởng thành và truyền nhiễm bên trong tổ kiến", Mangold nói.
"Điều này có thể là do một thực tế, những con kiến khỏe mạnh đôi khi tha những con kiến bị nhiễm bệnh ra khỏi tổ. Ngoài ra, cũng có thể là vì các điều kiện trong tổ kiến như độ ẩm hoặc nhiệt độ không tối ưu cho sự phát triển của nấm. Chỉ khi nấm lây nhiễm một con kiến ở xa tổ, nó mới có thể phát triển và trưởng thành, sau đó giải phóng các bào tử lây nhiễm mới".
Bí ẩn hé lộ dưới kính hiển vi
Các nhà khoa học theo dõi các con kiến bị nhiễm bệnh. Đúng vào thời khắc mà chúng thực hiện vết cắn nghiệt ngã cuối cùng, họ đóng băng lũ kiến lại. Điều này cho phép bảo quản những mẫu cơ hàm của để quan sát được dưới kính hiển vị điện tử quét (SEM).
Hình ảnh phóng đại gấp hàng ngàn lần cho thấy rõ ràng các sợ nấm đã xâm nhập được vào mô cơ của kiến. Nhưng các mối nối thần kinh, nơi các tín hiệu chạy từ não vào cơ bắp để kiểm soát chuyển động của chúng vẫn còn nguyên vẹn.
Điều này khẳng định lại kết quả trước đó cho thấy nấm không ảnh hưởng trực tiếp đến não bộ con kiến bị nhiễm bệnh. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng quan sát thấy các hạt giống như mụn nước rất lạ. Chúng xuất hiện trong các mô bị nhiễm bệnh, mặc dù không rõ liệu chúng được sinh ra bởi nấm hay chính bởi những con kiến.
Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu tiếp theo sẽ là thu thập và cô lập các túi mụn nước này để tìm hiểu thêm về quá trình lây nhiễm của nấm Cordyceps. "Chúng tôi muốn biết liệu các mụn nước này đến từ nấm hay vật chủ, bên trong chúng có thứ gì", Mangold nói.
Nếu các mụn nước đến từ nấm, điều đó cho thấy bất cứ thứ gì ẩn chứa bên trong nó cũng sẽ đóng một vai trò gây ra vết cắn cuối đời của vật chủ. Có thể đó là một số chất hóa học gây co thắt cơ bắp hoặc làm trung gian giao tiếp cho các tế bào nấm.
Còn nếu các mụn nước đến từ kiến chủ, bên trong nó có thể chứa một chất tạo phản ứng miễn dịch chẳng hạn, những nỗ lực chiến đấu cuối cùng mà con kiến có thể thực hiện để chống lại nấm Cordyceps.
Dù thế nào đi chăng nữa, "hiểu thêm về các mụn nước này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về tương tác giữa mầm bệnh và vật chủ, góp phần giải thích về vết cắn nghiệt ngã gây ra cái chết cho những con vật nhiễm nấm", Mangold nói.
Và đó là cách mà bí ẩn về loài nấm zombie vẫn đang dần được hé lộ.
Cre : Thế Giới Vi Sinh
