Мікроби здатні маніпулювати людьми?

Паразити – це наймайстерніші маніпулятори в природі, і вони здатні примушувати хазяїв виконувати безрозсудні акти ірраціонального самоушкодження. Наприклад, Toxoplasma gondii примушує мишей шукати кішок, що бажають їх з’їсти, Fluke Dicrocoelium dendriticum мотивує мурашок підніматися вгору по траві, ближче до корів і овець, прагнучих перекусити, а Spinochordodes tellinii змушує цвіркунів кидатися у воду, щоб черв’як міг отримати доступ до води. Самопожертвування хазяїв дозволяє паразитам завершити свій життєвий цикл. Тепер дослідники хочуть зрозуміти, чи можуть маніпуляції паразитів бути відповідальними не за самогубну, а за самовіддану поведінку хазяїв. Вони ставлять питання, чи винні мікроби в деяких альтруїстичних вчинках тварин.

Альтруїзм не вписувався у теорію Дарвіна

Альтруїзм легко виправдати етично або стратегічно, але пояснення того, як він міг зберегтися у світі виживаності, напрочуд складно. Це й спантеличило еволюційних теоретиків. Якщо мікроби у кішківнику або інших тканинах можуть підштовхнути своїх хазяїв до великодушності, альтруїзм може стати менш загадковим. Нещодавно розроблена математична модель і пов’язані з нею комп’ютерні симуляції дослідників з Тель-авівського університету підтверджують цю теорію.
Дослідники взнали, що трансмутовані мікроби, які стимулювали в хазяїнах альтруїзм, виграли битву за виживання у мікробів, які цього не зробили, і коли це сталося, альтруїзм став стійкою ознакою усієї колонії. Дослідження було опубліковане в Nature Communications на початку цього року.
Навіть коли Дарвін розвивав свою теорію про те, що найсильніші та найспритніші люди в кожному поколінні, швидше за все, контролюватимуть ресурси і залишатимуть потомство, він визнавав, що альтруїзм не вписується в цю концепцію. “Украй сумнівно, що потомство симпатичніших і доброзичливіших батьків буде вирощено у більшій кількості, ніж діти егоїстів та зрадників”. Дарвін висунув гіпотезу про те, що альтруїзм може вижити, якщо кооперативна поведінка індивідуумів дає групі, до якої вони належать, колективну перевагу. Тоді сила усієї групи може вирости, дозволяючи їй конкурувати з іншими групами з егоїстичнішими членами. Ця модель еволюції “групової вибірки” була розвинена пізніше, і вона знайшла сильних захисників. Але в 1960-х роках робота впливових теоретиків-еволюціоністів, таких як Джон Мейнард Сміт і Джордж К. Уильямс, завдали удару по груповому відбору, продемонструвавши, що альтруїстичні риси важко підтримувати в еволюційному контексті. Егоїстичні індивідууми, як і раніше, з’являлися б спонтанно і мали б тенденцію мати більше дітей, що впливає на щедріших членів виду та забезпечує збереження егоїзму.

Бактеріальний альтруїзм стійкіше, ніж генетичний

Команда з Тель-Авіва вирішила, що класичне пояснення еволюції співпраці – це не уся історія. Зокрема, Хадані та Левін-Епштейн разом з Ранітом Ахароновым, ученим-комп’ютерником, поставили питання, чи можуть мікроби маніпулювати своїми хазяями, щоб спонукати їх допомагати іншим. Дослідники з Тель-Авіва хотіли зосередитися на ідеї, яка обговорювалася впродовж деякого часу: чи можуть передавані чинники стимулювати альтруїзм?

У 2013 році Сорча Мак Гінти і її колеги створили комп’ютерну модель, що показує, що плазміди – гени, які переходять від однієї бактерії до іншої, – допомагають стимулювати розвиток співпраці в співтовариствах бактерій. У 2015 році група з Університету Декарта експериментально продемонструвала, що, коли бактерії обмінюються деякими плазмідами, ті перепрограмують бактерії-реципієнти генетичною інформацією, яка примушує їх вносити вклад у загальне благо.
Бактерії секретують білки, які руйнують антибіотики – стратегія, яка захищає усе співтовариство бактерій. Щоб детально вивчити це питання, група створила математичну модель та провела комп’ютерне моделювання, в якому аналізувалися взаємодії між членами населення впродовж сотень (а в деяких випадках і тисяч) поколінь. Модель припускала, що альтруїстичні члени пожертвували собою, коли взаємодіяли з іншими, тоді як одержувачі альтруїстичних вчинків виграли.
Потім дослідники проаналізували два типа віртуальних мікробів один проти одного в симуляції. Один мікроб сприяв альтруїзму у хазяїв, а другий – ні. У кожному поколінні індивіди взаємодіяли таким чином, що дозволяли проходити обидва типи мікробів від одного хазяїна до іншого, а мікроби кожної людини потім передавалися нащадкам. Впродовж поколінь мікроби, які заохочували альтруїзм у своїх хазяях, конкурували зі своїми суперниками, переходили від одного хазяїна до іншого та згодом передавалися від батька до дитини. Це працювало, навіть коли населення “мікроорганізмів альтруїзму” було дуже маленьким із самого початку.
Цей результат привів до стійкого вираження альтруїстичної поведінки. Стабільний рівень альтруїзму зберігався навіть тоді, коли у міксі були егоїстичні хазяї, які відмовлялися відповідати взаємністю. Математичні моделі і моделювання також продемонстрували, що альтруїзм, що передається через мікроби, зрештою став стійкішим в популяції хазяїна, ніж самовідданість, яка мала генетичне походження.

Мікроби впливають на мозок

У деяких дослідженнях вивчалися способи, за допомогою яких мікроби могли контролювати мозкові функції хазяїв і соціальну поведінку. Наприклад, Элейн Сяо, біолог з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, нещодавно помітила, що мікроби здорової товстої кишки продукують серотонін, який потім циркулює в крові. Серотонін впливає на тонус кишкового м’яза, але він також є нейротрансмітером, завдяки якому препарати, такі як Прозак, забезпечують полегшення симптомів тривоги та депресії. Згідно з різними дослідженнями тварин, кишкова флора змінює нервову і ендокринну функцію, а ті змінюють соціальну взаємодію хазяїна. Можливо, хоча ще не доведено – що отримані мікробні з’єднання можуть впливати на нейронні процеси.

Зміна мікрофлори може відбитися на соціальній поведінці?

Якщо теорія Хадані та Левіна-Епштейна вірна, то медичні втручання серйозно впливають на організм. Якщо мікроби відповідають за соціальну поведінку, то все, що міняє наш мікробний баланс – наприклад, антибіотики або пробіотики, – потенційно може змінити те, як ми відносимося один до одного, послабляючи або посилюючи маніпуляції, які є частиною нашої нормальної поведінки. Що станеться, наприклад, якщо одній групі випробовуваних були призначені важкі дози антибіотиків, а інша група залишилася необробленою? Чи буде оброблена група, тепер позбавлена від мікробних маніпуляторів, діяти егоїстичніше, ніж необроблена?
“Наше загальне пророцтво полягає в тому, що лікування, яке різко змінює мікробіом, може понизити тенденцію до альтруїстичної поведінки”, – каже Хадані. Вона також припускає, що міжвидова передача мікробів – від собак до людей, скажімо, або навпаки – може вплинути на міжвидовий альтруїзм.

Якщо наші засадничі рішення про те, як відноситися до інших, керуються невидимою мікробною кабалою, майбутні результати додадуть глибину і складність нашому розумінню щедрості. Доказ існування мікробного впливу на поведінку хазяїна може привести до фундаментальних припущень відносно контролю над нашими думками і діями. Хадані каже, що її дослідження змінило її концепцію вільної волі. “Щоб я не робила, я думаю: цього хочу я, або мої мікроби?”