Bizarren „geisteskontrollierenden“ parasitären Haarwürmern fehlen Gene, die bei jedem anderen Tier vorkommen

Zwei Individuen leben umschlungen vom Süßwasserhaarwurm Gordionus violaceus aus Deutschland. Bildnachweis: Gonzalo Gerbet

Haarwürmern fehlen die winzigen „Haare“, die für die Zellbewegung, Filterung und Wahrnehmung verantwortlich sind und über die jedes andere bekannte Tier verfügt.

In einer Welt voller exotischer Tiere gehören Haarwürmer wohl zu den seltsamsten. Hierbei handelt es sich um parasitäre Würmer, von denen bekannt ist, dass sie das Verhalten ihrer Wirte manipulieren, ein Phänomen, das manchmal als „Gedankenkontrolle“ bezeichnet wird.

In einer interessanten Wendung erscheint eine neue Studie in der Zeitschrift Aktuelle Biologie Ich habe diesen Haarwurm enthüllt klassifizieren Sie haben ein merkwürdiges Merkmal gemeinsam: Ihnen fehlen fast 30 % der Gene, die die Forscher erwartet hatten. Noch faszinierender ist, dass die fehlenden Gene mit der Entwicklung von Zilien zusammenhängen, den haarähnlichen Strukturen, die in den Zellen fast aller bekannten Tierarten vorkommen.

Ein lebender Süßwasserhaarwurm in den Händen von Bruno de Medeiros im Muir Woods National Monument in Kalifornien. Bildnachweis: Bruno de Medeiros

Haarwürmer, die wie dünne Spaghettistränge aussehen und einige Zentimeter lang sind, kommen auf der ganzen Welt vor. Ihre grundlegende Körperstruktur weist auf ihre parasitäre Natur hin, da ihnen Ausscheidungs-, Atmungs- oder Kreislaufsysteme fehlen und sie fast ausschließlich in anderen Organismen leben. Tawana Cunha, Postdoktorandin am Chicago Field Museum und Hauptautorin der Studie, bemerkt: „Eines der coolsten Dinge und vielleicht das, wofür sie am besten bekannt sind, ist, dass sie das Verhalten ihrer Wirte beeinflussen und sie verändern können.“ Dinge tun, die sie sonst nicht tun würden.

Lebenszyklus von Haarwürmern und Wirtsmanipulation

Im Süßwasser kommen Hunderte von Haarwurmarten vor. Der Lebenszyklus beginnt, wenn die Eier im Wasser schlüpfen und die Larven von kleinen Wasserräubern wie Eintagsfliegenlarven gefressen werden. Diese wiederum werden von größeren Landräubern wie Kakerlaken gejagt. Nachdem sie in ihrem Wirt gereift sind, manipulieren die Haarwürmer das Verhalten des Wirts und veranlassen ihn, ins Wasser zu springen. Sobald sie dort angekommen sind, winden sich die Würmer von ihren Wirten und beginnen, nach Partnern zu suchen, wodurch sich der Zyklus wiederholt.

Zwar gibt es auch fünf Arten von Meereshaarwürmern, die Wasserlebewesen wie Hummer parasitieren, ihre Fähigkeit, Wirte zu manipulieren, ist jedoch unklar, da keine Rückkehr ins Wasser erforderlich ist.

Süßwasserhaarwürmer leben in der Umgebung des Muir Woods National Monument in Kalifornien. Bildnachweis: Bruno de Medeiros

Genetische Forschung an Haarwürmern

So seltsam das Verhalten der Haarwürmer auch sein mag, Cunhas Forschungsinteresse an Tieren hat mehr mit ihnen zu tun DNA. „Wir machten uns daran, ihre Genome zu sequenzieren, weil auf dieser Ebene noch nie etwas Vergleichbares sequenziert worden war“, sagt sie über die Studie, die sie gemeinsam mit ihren Co-Autoren Bruno de Medeiros, Ariana Lord, Martin Sorensen und Gonzalo Gerbet durchgeführt hat. „Das Ziel bestand darin, diese Genome zu produzieren und sie schließlich zu nutzen, um die evolutionären Beziehungen zwischen Haarwürmern und anderen Tierarten zu verstehen.“

Nachdem das Team DNA-Proben von zwei Arten von Haarwürmern – einer Süßwasser- und einer Meeresart – erhalten und sequenziert hatte, machte es eine verblüffende Entdeckung, als es die genetischen Codes des Haarwurms mit denen anderer Lebewesen verglich.

Kuratierte Fotos der hockenden (toten) Hummerstewardess Monida S. , aus Norwegen, infiziert mit einem Meereshaarwurm. Das Bild wurde nun als realitätsgetreue Darstellung der Art und Weise aufgenommen, wie der Wurm vor Jahren gesammelt und für die Genomsequenzierung verwendet wurde. Bildnachweis: Martin Sorensen

Entdecken Sie fehlende Gene

„Was wir sehr überraschend fanden, war, dass den Haarwurmgenomen etwa 30 Prozent der Gene fehlten, die man bei praktisch allen Tiergruppen erwarten würde“, sagt Kuna.

Erkenntnisse wie diese veranlassen Wissenschaftler oft zu der Frage, ob sie einen Fehler gemacht haben. Es besteht jedoch ein Zusammenhang zwischen Genen, die bei beiden Wurmarten fehlen. Die überwiegende Mehrheit der fehlenden Gene war bei beiden Arten genau gleich. „Das war ein unglaublicher Zufall“, sagt Cunha.

Cunha und ihre Kollegen entdeckten, dass diese Gene, die bei anderen Tieren fehlen, für die Produktion von Zilien verantwortlich sind.

„Zilien sind Organellen, kleine Strukturen auf zellulärer Ebene, die im Grunde bei allen Tieren und noch allgemeiner bei Protisten und einigen Pflanzen und Pilzen vorkommen. Sie kommen also in einer großen Vielfalt des Lebens auf der Erde vor“, sagt Cunha. Sie sind in vielen Zellen des menschlichen Körpers vorhanden: Beispielsweise sind die Schwänze von Spermien Flimmerhärchen, und auch Zellen in der Netzhaut verfügen über Flimmerhärchen.

Sehen Sie sich das Bild des hockenden (toten) Hummerwirts Monida S. an. , aus Norwegen, infiziert mit einem Meereshaarwurm. Der Panzer des Hummers wurde geöffnet, um zu zeigen, wo der Wurm gefunden wurde. Das Bild wurde nun als realitätsgetreue Darstellung der Art und Weise aufgenommen, wie der Wurm vor Jahren gesammelt und für die Genomsequenzierung verwendet wurde. Bildnachweis: Martin Sorensen

Auswirkungen auf den Verlust von Zilien

In früheren Studien stellten die Wissenschaftler fest, dass die Haarwürmer offenbar dort, wo sie normalerweise beobachtet würden, keine Flimmerhärchen aufwiesen. Den Spermien von Haarwürmern beispielsweise fehlen Schwänze. Das Fehlen visueller Hinweise auf Zilien bei Haarwürmern galt jedoch nicht als endgültiger Beweis dafür, dass sie nicht vorhanden waren. „Ohne Genome müssten dazu alle Zellen in allen Lebensstadien aller Arten untersucht werden“, sagt Bruno de Medeiros, Kurator für bestäubende Insekten am Field Museum und Mitautor der Studie.

„Basierend auf früheren Beobachtungen scheinen Haarwürmer keine Flimmerhärchen zu haben, aber wir wussten es nicht wirklich genau“, sagt Cunha. „Mit dem Genom haben wir nun gesehen, dass ihnen tatsächlich die Gene fehlen, die bei anderen Tieren Zilien produzieren – sie verfügen überhaupt nicht über einen Mechanismus zur Zilienbildung.“

Ein lebender Süßwasserhaarwurm in den Händen von Bruno de Medeiros im Muir Woods National Monument in Kalifornien. Bildnachweis: Bruno de Medeiros

Verständnis für evolutionäre Muster und zukünftige Richtungen

Darüber hinaus deutet die Tatsache, dass sowohl Süßwasser- als auch Meereshaarwurmarten Gene für Zilien verloren haben, darauf hin, dass dieser evolutionäre Wandel höchstwahrscheinlich in der tiefen Vergangenheit ihrer gemeinsamen Vorfahren stattgefunden hat. „Es ist möglich, dass der Verlust früh in der Entwicklung der Gruppe passierte und sie ihn einfach weiterführten“, sagt Kuna.

Diese Enthüllung bereitet die Bühne für viele neue Untersuchungen. Es ist unklar, wie sich das Fehlen von Flimmerhärchen auf Haarwürmer auswirkt oder ob das parasitäre Verhalten von Haarwürmern mit den fehlenden Flimmerhärchen zusammenhängt. „Es gibt viele andere parasitäre Organismen, denen diese spezifischen Gene nicht fehlen, daher können wir nicht sagen, dass Gene aufgrund ihres parasitären Lebensstils fehlen“, sagt Kuna. Aber parasitären Organismen im Allgemeinen fehlen oft viele Gene. Es wird angenommen, dass die Parasiten diese Strukturen letztendlich verlieren, weil sie bestimmte Strukturen nicht nutzen und stattdessen auf ihre Wirte angewiesen sind.

Implikationen für die zukünftige Forschung

Haarwürmer sind nicht die einzigen Parasiten, die Merkmale der „Gedankenkontrolle“ aufweisen. Ähnliches Verhalten lässt sich bei den für die Toxoplasmose verantwortlichen Protozoen beobachten, die den Nagetieren die Angst vor Katzen nehmen, sowie bei Pilzen Ophiocordycepsbekannt geworden durch das Videospiel und die TV-Show The Last of Us, manipuliert Ameisen, um Pilzsporen zu verbreiten.

Obwohl diese Organismen entfernt mit Haarwürmern verwandt sind, glaubt Cunha, dass die neue Studie Wissenschaftlern helfen kann, gemeinsame Muster zu identifizieren, wie dieses Verhalten funktioniert. Durch die Durchführung dieser vergleichenden Analyse verschiedener Organismen in der Zukunft können wir möglicherweise nach Ähnlichkeiten suchen. Oder vielleicht entwickelten diese Organismen ähnliche Verhaltensweisen auf völlig unterschiedliche Weise.

Referenz: „Rampant Loss of Global Metazoan Genes Detected by a Chromosome-Wide Genome Assembly of Parasitic Nematomorpha“ von Tauana J. Cunha, Bruno AS de Medeiros, Arianna Lord, Martin V. Sørensen und Gonzalo Giribet, 18. Juli 2023, hier verfügbar . Aktuelle Biologie.
DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.003