Paràsits zombis: una realitat de ciència ficció

Moltes pel·lícules es basen en éssers estranys que controlen la ment i la voluntat de les seves víctimes. Per molt sorprenent que pareixi, hi un tipus de paràsits (i parasitoides) que comparteixen aquesta capacitat amb els éssers ficticis. En aquesta entrada parlarem sobre alguns exemples d’aquests paràsits zombis. 

INTRODUCCIÓ

El parasitisme és una forma de depredació on una de les espècies (el paràsit) extreu un benefici d’un altre organisme (l’hostatger) que no rep cap tipus de benefici. Aquesta és una relació obligatòria  (el paràsit no pot sobreviure fora l’hostatger), ja que els paràsits han perdut la capacitat de produir certes molècules que obtenen dels hostes. Un dels exemples més interessants de parasitisme són els coneguts com a paràsits zombis. Aquests no solament provoquen la mort a la seva víctima, sinó que són capaços de controlar els seus moviments i conductes per dur a terme aquest propòsit.

Els paràsits zombis pertanyen a diferents grups (protozous, fongs, nematodes, artròpodes…) però tots tenen en comú la modificació del comportament i fisiologia del seu hostatger per assegurar la seva reproducció. En certs casos, s’indueix a l’hostatger a suïcidar-se de diferents formes i en altres, com en el cas dels parasitoides provoquen que el seu hostatger realitzi alguna acció en contra de la seva voluntat.

MODIFICACIÓ DE LA CONDUCTA

Les vespes parasitoides del gènere Glyptapanteles sp. són un exemple clar de modificació de la conducta. En aquest cas, les femelles infecten a larves de Thyrinteina leucocerae (un lepidòpter) en les seves primeres fases de desenvolupament. Les erugues creixen normalment, però en les darreres etapes alliberen les pupes (fase de la metamorfosi entre les larves i l’adult d’alguns insectes) a les branques properes. Un cop s’ha alliberat, l’eruga canvia per complet el seu comportament, a causa d’una modificació endocrina que han provocat els parasitoides abans d’abandonar l’hoste. L’eruga deixa d’alimentar-se i no es separa mai de les pupes per protegir-les de qualsevol perill. Un cop l’adult emergeix de la pupa, l’eruga mor al cap de poc temps d’esgotament i fam.

Eruga de Thyrinteina leucocerae protegint les pupes de Glyptapanteles sp. (Foto: José Lino-Neto)

 

Un altre exemple interessant és la infecció d’aranyes de l’espècie Plesiometa Argyra per part d’una espècie de vespa parasitoide (Hymenoepimecis argyraphaga). Aquest himenòpter aferra a l’abdomen de la seva víctima els seus ous. Després de descloure, les larves (que s’alimenten de la sang de l’aranya) injecten una substància química a l’aranya que l’obliga a crear una teranyina molt diferent de les que sol crear, ja que està destinada a suportar el capoll i no a la captura d’insectes. A continuació la larva s’alimenta de la sang de l’aranya fins que aquesta mor.

Diferències entre una teranyina normal de Plesiometa Argyra  i una teranyina d’una aranya infectada. Fotografia modificada de William G. Eberhard (Nature, 2000).

 

En els darrers exemples hem vist que els parasitoids acaben amb la vida del seu hostatger després de modificar la seva conducta, però existeix una espècie de vespa pararasitoide (Dinocampus coccinellae) que infecta marietes de l’espècie Coccinella septempunctata. La vespa injecta els ous a l’abdomen de la marieta i aquesta els incuba al seu interior. Un cop s’ha desenvolupat la larva, aquesta surt del cos de l’hostatger i forma un capoll que protegirà la marieta. Si aquesta és capaç de sobreviure set dies (mentre es desenvolupa la vespa adulta) quedarà lliure, és a dir, podrà retornar a la seva vida normal i reproduir-se.

Marieta (Coccinella septempunctata) protegint un capoll de la vespa (Dinocampus coccinellae). (Foto: Gilles San Martín)

INDUCCIÓ AL SUÏCIDI

El nematode Myrmeconema neotropicum infecta les formigues tropicals de l’espècie Cephalotes atratus. Aquestes formigues tenen l’abdomen completament negre, però quan són infectades per aquest nematode el seu abdomen es torna de color vermell. Aquest canvi cromàtic provoca que la formiga es mimetitzi amb els fruits, fet que augmenta la probabilitat de ser capturat per un ocell frugívor (que s’alimenta de fruits). Aquests són un hostatger intermediari que ajuda a la dispersió dels nematodes a través dels seus excrements.

Diferències entre una formiga Cephalotes atratus normal i una formiga infectada. (Foto: Steven Yanoviak)

 

Una altra espècie de nematode (Spinochordodes tellinii) infecta l’espècie de grills Meconema thalassinum (Orthoptera). Les larves del nematode es troben a l’aigua, on són ingerides per mosquits. Aquests són hostatgers intermedis que alliberen les larves del paràsit (que no són digerits sinó que creixen a l’interior de l’intestí de l’hostatger final). S’alimenta dels nutrients que ingereix el grill i creix fins a arribar a triplicar la mida de l’hostatger final. Quan el paràsit és adult, modifica el comportament de l’insecte i provoca que aquest vagi cap a una zona amb aigua, on es suïcida per alliberar al paràsit al medi aquàtic on es reprodueix.

Imatge d’un nematode Spinochordodes tellinii paràsit dels grills (Meconema thalassinum). (Foto: Alastair Rae)

Un altre exemple molt interessant és el del cuc pla o platihelmint Leucochloridium paradoxum. Aquest platihelmint infecta caragols de l’espècie Succinea putris, a través del sistema digestiu (el caragol es menja les larves del paràsit). Un cop es troba a l’interior de l’hostatger passa per diferents fases de desenvolupament, fins arribar a la fase d’esporocist. Aquest és una espècie de sac on es troba una gran quantitat de cercaries (larves de certs tipus de platihelmints). Aquests esporocists es dirigeixen cap a les banyes del caragol, provocant per una part una inflamació de la banya molt similar a una eruga i una modificació del comportament del caragol (es dirigeix cap a zones desprotegides). Aquesta banya modificada crida l’atenció dels ocells, que es mengen el caragol. Un cop les cercaries es troben al digestiu dels ocells, es transformen en platelmints adults, que es reprodueixen. Els ous seran alliberats amb els excrements que infectaran per l’aliment altres caragols.

Cicle vital de Leucochloridium paradoxum de Ophiguris 2009. La segona imatge mostra el paràsit a una banya del caragol (Succinea putris) imitant una eruga. (Foto: Dick Belgers)

Un dels paràsits més fascinants és Ophiocordyceps unilateralis (un fong ascomicet que infecta formigues tropicals de l’espècie Camponotus leonardi). Les espores arriben a l’interior de la formiga per l’alimentació i provoquen que aquest insecte modifiqui el seu comportament. Indueix a la formiga a pujar a un lloc alt, on es fixa a una fulla amb les seves mandíbules. Allà germinen les espores i travessen l’exosquelet de les formigues per alliberar les seves estructures reproductives.

Formiga infectada per Ophiocordyceps sp. (Foto: Alex wild)

 

Avui dia, però, la informació dels mecanismes de modificació de la conducta que porten a terme aquests paràsits és objecte de moltes investigacions. Oi que pareix una pel·lícula? Doncs no, no és ciència ficció.

REFERÈNCIES

• Carl Zimmer. Mindsuckers. National geographic. November 2014.
• William G. Eberhard. Spider manipulation by a wasp larva. Nature. Num 406, 255-256. Juliol 2000. ISSN: 0028-0836.
• P. Hughes et.al. Extended Phenotype: Nematodes turn ants into birds-dispersed fruits. Current Biology. Vol 17. Num 7.
• Anand Varma. Zombie parasites. National Geographic: Nat Geo Live.
• Nat Geo Live. World’s deadliest: zombie snails. 
• Imatge de Portada: Guilles San Martín.

Parásitos zombis: una realidad de ciencia ficción

Estamos acostumbrados a ver en películas de terror, seres extraños que tienen la capacidad de controlar la mente y la voluntad de sus víctimas. Pero, ¿que tienen de reales esos seres? Existen un tipo de parásitos y parasitoides con esa capacidad. En esta entrada hablaremos sobre algunos ejemplos de estos parásitos zombis. 

INTRODUCCIÓN

El parasitismo es considerado una forma de depredación donde una de las especies implicadas (el parásito) extrae un beneficio a expensas de la otra (el hospedador). Esta relación es obligatoria, ya que los parásitos han perdido la capacidad de producir ciertas moléculas que deben obtener a costa del hospedador. Un ejemplo muy interesante es el de los parásitos zombis, que no solo acaban con la vida de su hospedador, sino que son capaces de modificar su conducta para llegar a dicho fin.

Este tipo de parásitos se pueden encontrar clasificados en diferentes grupos (protozoos, hongos, nematodos, artrópodos…). Todos tienen en común la capacidad de modificar los comportamientos y fisiología de los hospedadores para asegurar su propia reproducción. Hay diferentes mecanismos para realizar ese objetivo: inducir el suicidio del hospedador o modificar su conducta en contra de su voluntad.

ALTERACIÓN DE LA CONDUCTA

 Un ejemplo muy interesante de parásito que utiliza este mecanismo son las avispas del género Glyptapanteles sp.  Las hembras infectan a lepidópteros de la especie Thyrinteina leucocerae en su fase larval. Las larvas se transforman en orugas que crecen y se alimentan de forma normal. En las últimas etapas de desarrollo de la oruga, se liberan de su interior las pupas de la avispa (estadio de la metamorfosis entre las larvas y el adulto) que se posan justo al lado de la oruga. En ese momento, se libera una substancia endocrina que induce al hospedador a quedarse junto a las pupas para protegerlas, impidiendo cualquier movimiento voluntario por parte del lepidóptero. Este último deja de alimentarse y muere de hambre justo después de la metamorfosis de la pupa a avispa adulta.

Oruga de Thyrinteina leucocerae protegiendo un grupo de pupas de Glyptapanteles sp. (Foto: José Lino-Neto)

Otro ejemplo de avispa parasitoide muy interesante, es el caso de la especie Hymenoepimecis argyraphaga que infecta a Plesiometa argyra (una especie de araña costarriqueña). En este caso, la hembra pega al abdomen de la araña su huevo. Cuando este eclosiona, las larvas hematófagas (que se alimentan de sangre) inyectan una substancia química que induce al hospedador a crear una telaraña capaz de soportar el peso del capullo, en lugar de una telaraña destinada a atrapar insectos. A continuación, la larva se alimenta del hospedador hasta que este muere.

Diferencias entre una telaraña normal de Plesiometa argyra y una telaraña modificada. Imagen modificada de William G. Eberhard (Nature, 2000).

Los casos anteriores muestran parasitoides que acaban finalmente con la vida de su hospedador, pero existen casos donde una vez el parasitoide se libera del hospedador este puede continuar con su vida. Este es el caso de la infección de la mariquita Coccinella septempunctata por parte de una avispa de la especie Dinocampus coccinellae. La hembra de la avispa inyecta los huevos en el abdomen de la mariquita que las incuba en su interior. Cuando las larvas se han desarrollado (sin tocar ningún órgano vital de la mariquita), se liberan y forman un capullo que la mariquita protegerá. Si el hospedador consigue sobrevivir durante siete días, cuando las larvas se conviertan en adultos la mariquita se recuperará y podrá continuar con su ciclo vital.

Coccinella septempunctata protegiendo el capullo de la avispa Dinocampus coccinellae. (Foto:Gilles San Martín)

INDUCCIÓN AL SUICIDIO

Myrmeconema neotropicum es un nematodo que infecta hormigas tropicales de la especie Cephalotes atratus. Estas hormigas son completamente negras, pero al estar infectadas con el parásito, su abdomen se vuelve de color rojizo. Este cambio cromático permite a la hormiga mimetizarse con los frutos de ciertos árboles. Así pues, el objetivo del parásito es que el hospedador sea reconocido por pájaros frugívoros y se lo coman. Los pájaros son los hospedadores intermediarios, ya que gracias a sus excrementos consiguen una mayor dispersión de sus huevos. Lo interesante de este parásito es que es capaz de modificar la conducta de la hormiga y obligarla a subir a lugares más despejados y desprotegidos para ser localizada por los depredadores.

Diferencias entre el abdomen de una hormiga Cephalotes atratus normal y una infectada. (Foto: Steven Yanoviak)

Otra especie de nematodo, concretamente Spinochordodes tellinii, infecta a grillos de la especie Meconema Thalassinum (Orthoptera). Las larvas del parásito se encuentran en el agua y  son ingeridas por mosquitos (hospedador intermedio). Los mosquitos son ingeridos por los grillos y una vez en el intestino, el nematodo crece hasta triplicar el tamaño del insecto. Cuando el parasito es adulto, modifica el comportamiento del hospedador provocando que este se suicide en el agua. Así pues, el parásito queda libre en su medio para poder reproducirse.

Grillo (Meconema thalassinum) infectado por el nematodo Spinochordodes tellinii. (Foto: Alastair Rae)

El gusano plano o platelminto Leucochloridium paradoxum infecta caracoles de la especie Succinea putris. Este último ingiere las larvas del parásito que se desarrolla dentro del sistema digestivo del hospedador para dar lugar a los esporocistos (una especie de sacos que contienen en su interior miles de larvas, conocidas como redias). Los esporocistos se dirigen hacia los tentáculos de los ojos del caracol donde provocan una inflamación muy exagerada que se parece a una oruga. También inducen un cambio en el comportamiento del caracol, alejándolo de zonas resguardadas y obligándoles a exponerse en lugares donde pueden ser vistos por los pájaros. El movimiento de los tentáculos llama la atención de las aves que se comen al caracol y esparcen mediante sus excrementos las cercarias (estadio siguiente a las redias) del parásito.

Ciclo vital de Leucochloridium paradoxum de Ophiguris (2009). La segunda imagen muestra un parásito en el tentáculo del caracol (Succinea putris) imitando una oruga. (Foto de Dick Belgers)

En último lugar, pero no menos importante, destaca el hongo parásito Ophiocordyceps unilateralis que infecta hormigas tropicales de la especie (Camponotus leonardi). Las esporas del hongo llegan al interior del hospedador mediante la alimentación. Una vez en el sistema digestivo, se induce un cambio en el comportamiento de la hormiga, obligándola a subir a lugares altos donde se clava con las mandíbulas. Una vez allí, las esporas germinan atravesando el exoesqueleto de las hormigas para liberar sus estructuras reproductivas.

Hormiga infectada por Ophiocordyceps sp. Véase las estructuras reproductivas del hongo saliendo del exosqueleto del hospedador. (Foto: Alex Wild)

Hoy en día, sin embargo, la información de los mecanismos utilizados por estos parásitos zombis sigue siendo objeto de muchas investigaciones. ¿Creéis que parecen seres sacados de una película? Pues no, no se trata de ciencia ficción sino de realidad.

REFERENCIAS

• Carl Zimmer. Mindsuckers. National geographic. November 2014.
• William G. Eberhard. Spider manipulation by a wasp larva. Nature. Num 406, 255-256. Juliol 2000. ISSN: 0028-0836.
• P. Hughes et.al. Extended Phenotype: Nematodes turn ants into birds-dispersed fruits. Current Biology. Vol 17. Num 7.
• Anand Varma. Zombie parasites. National Geographic: Nat Geo Live.
• Nat Geo Live. World’s deadliest: zombie snails. 
• Imagen de Portada: Guilles San Martín.

Zombie parasites: a reality of science fiction

Many horror films are based on organisms that have the ability to control the victim’s mind. In fact, there is some kind of real parasites and parasitoids which can control its host’s behaviour to guarantee its breeding. In this post, we will discuss some examples of those interesting parasites.

INTRODUCTION

Parasitism is a type of predation where an organism (parasite) extracts a benefit at the expenses of another one (host). The parasites have lost the ability to synthesize some essential molecules that get through hosts, as well as parasitism is a mandatory relationship. There are many types of parasites, but the most interesting examples are zombies parasites.

The parasitic zombies have in common the ability to control and modify the behavior and physiology of the host to guarantee its breeding. Can you find them in different taxonomic groups (fungi, protozoa, nematodes, arthropods…). There are differents mechanisms to fulfill its objective, but the most important are: control the behavior of the host or induce him to suicide.

BEHAVIOUR MODIFICATION

Glyptapanteles is a genus of parasitoid wasp that infects species of Lepidoptera Thyrinteina leucocerae in its larval phase. The larvae become caterpillars which grow and feed normally. In the final stages of development of the caterpillar,  the pupae of parasitoid wasp (the metamorphosis between larvae and the adult stage) are released and settled next to the caterpillar. Before his release, the pupae excrete an endocrine substance that modifies the behavior of the caterpillar forcing him to protect the small pupae. caterpillar stops feeding and move until the adult wasp emerges. At that time, the Caterpillar dies from starvation and exhaustion.

Thyrinteina leucocerae caterpillar protecting a group of pupae of Glyptapanteles sp. (Photo: José Lino-Neto)

Another example of  interesting parasitoid wasp, is the species Hymenoepimecis argyraphaga infecting Plesiometa argyra (a species of tropical spider). In this case, the female sticks to the abdomen of the spider its egg. When the hematophagous (which feed on blood) larvae hatches, injected a chemical substance that causes the host to create a cobweb that is capable of supporting the weight of the cocoon, rather than a cobweb to catch insects. The larvae then feeds the host until it dies and then create its cocoon in the cobweb. Then, it will transform into pupae and eventually will emerge as an adult.

Differences between a normal cobweb of Plesiometa argyra and a modified cobweb. Modified image of William G. Eberhard (Nature, 2000).

The above examples are parasitoids that they finally finished with the life of its host, but there are cases where once the parasitoid releases from the victim’s body, the host can continue to live. This is the case of the infection of the Ladybird Coccinella septempunctata by wasp species Dinocampus coccinellae. The  female wasp injects the eggs in the abdomen of the Ladybird that incubates them inside. When the larvae have been developed (without touching any host’s vital organ), are released and form a cocoon that will protect the Ladybird.  If the host gets to survive for seven days, when the larvae become adult Ladybug will recover and can continue with normal life cycle.

Coccinella septempunctata protecting a cocoon of wasp Dinocampus coccinellae. (Photo:Gilles San Martin)

INDUCTION TO SUICIDE

Myrmeconema neotropicum is a nematode that infects tropical ants of the species Cephalotes atratus. These ants are completely black, but when they are infected with the parasite, their abdomen becomes reddish. This change allows the host camouflaged with certain berries and confuse frugivorous birds. In addition, this parasite is being able to change the behavior of ant and force her to rise to clear and unprotected areas to be located by the predators. The birds are hosts intermediaries, since thanks to their excrement, they get a greater dispersion of the eggs of parasites.

Differences between the abdomen of a Cephalotes atratus normal and an infected. (Photo: Steven Yanoviak)

Another species of nematode, namely Spinochordodes tellinii, infects to crickets Meconema Thalassinum (Orthoptera) species. The larvae of the parasite are in the water and are ingested by mosquitoes (intermediate host). Mosquitoes are swallowed up by Crickets and once in the intestine, the nematode grows up to triple the size of the insect. When the parasite is adult, modifies the behavior of the host causing and induces him to commit suicide in the water. Thus, the parasite is free in its middle order to breed.

Cricket (Meconema thalassinum) infected with the nematode Spinochordodes tellinii. (Photo: Alastair Rae)

The flatworm or platyhelminth Leucochloridium paradoxum infects snails of the species Succinea putris. The host eats the larvae of the parasite that develops into the digestive tract of the host to give rise to the sporocysts (a kind of sacks that contain thousands of larvae, known as cercarias). The sporocysts are directed towards the tentacles of the snail’s eyes and causes a very exaggerated inflammation that resembles a caterpillar. They also induce a change in the behavior of the snail, leading him away from protected areas and forcing them to expose in places where it can be seen by the birds. The movement of the tentacles draws the attention of the birds that eat the snail and spread through their feces the cercaria (next state of maturation of the parasite).

Life cycle of Leucochloridium paradoxum from Ophiguris (2009). The second image shows a parasite in the tentacle of the snail (Succinea putris) imitating a caterpillar. (Photo by Dick Belgers)

Finally, but no less important, highlights the parasitic fungus Ophiocordyceps unilateralis infecting species tropical ants (Camponotus leonardi). The host ingests the spores of the fungus. Once in the digestive system, it induces a change in the behaviour of the Ant, forcing her to climb to high places where anchor with jaws. Once there, the spores germinate through the host’s exoskeleton to release their reproductive structures.

Ant infected by Ophiocordyceps sp. See the reproductive structures of the fungus out of the exoskeleton of the host. (Photo: Alex Wild)

Today, however, the mechanisms used by these parasites zombies information continue to be investigated. Do you think that they seem to beings from a horror film? No,  it is not science fiction. It’s our surprising nature.

REFERENCES

• Carl Zimmer. Mindsuckers. National geographic. November 2014.
• William G. Eberhard. Spider manipulation by a wasp larva. Nature. Num 406, 255-256. Juliol 2000. ISSN: 0028-0836.
• P. Hughes et.al. Extended Phenotype: Nematodes turn ants into birds-dispersed fruits. Current Biology. Vol 17. Num 7.
• Anand Varma. Zombie parasites. National Geographic: Nat Geo Live.
• Nat Geo Live. World’s deadliest: zombie snails. 
• Cover photo: Guilles San Martín.