Między współpracą a rywalizacją: gdy złe drzewo daje dobre owoce

Sposób myślenia społeczności kultury zachodniej w dużej mierze ukształtowany jest przez dychotomię dobra i zła. Tego zasadniczego podziału trzymamy się – często bezwiednie – przyglądając się nawet przyrodzie: pszczoły są dobre, bo zapylają pożyteczne rośliny, a osy złe, bo żądlą. Na dodatek lubimy jasne kryteria i klasyfikacje, i najchętniej poukładalibyśmy wszystko w schludnych szufladkach. Dlatego w podręcznikach biologii czytamy o „interakcjach antagonistycznych”, takich jak drapieżnictwo czy pasożytnictwo, gdzie jeden z uczestniczących organizmów zyskuje, a drugi ponosi szkody, oraz „nieantagonistycznych”, jak symbioza. Problem w tym, że przyroda za nic ma nasze umiłowanie do podziału na czarne i białe.

Co gryzie mumię

Starzyk wielki (Scaphidura oryzivora) to południowoamerykański ptak składający jaja w gniazdach innych ptaków, podobnie jak nasza kukułka. Jego najczęstszą ofiarą pada kacykowiec grubodzioby (Psarocolius wagleri). Młode starzyki w gniazdach kacykowca wyjadają przybranemu rodzeństwu pokarm przynoszony przez rodziców, ale jednocześnie czyszczą je z gzów, które są dla piskląt dużym zagrożeniem. Z jaką interakcją mamy tu do czynienia? Czy starzyk jest pasożytem gniazdowym, skoro przybrani rodzice karmią go kosztem swoich dzieci? Czy może jest jednak symbiontem, bo zmniejsza śmiertelność piskląt kacykowca? „Nie może dobre drzewo wydać złych owoców, ani złe drzewo wydać dobrych owoców” – czy na pewno?

Nie ma na świecie organizmu, który nie uczestniczyłby w interakcjach pasożytniczych i trudno znaleźć osobnika, który nie nosiłby choć jednego pasożyta – czy to nicienia, czy pchły, czy patogennej bakterii. Tak też przez tysiąclecia było z ludźmi. Jaja nicieni znaleziono w skamieniałych odchodach z okresu paleolitu. Znaczny wzrost zarażeń nastąpił po rewolucji agrarnej, czyli upowszechnieniu się rolnictwa, co pociągało za sobą fundamentalną zmianę sposobu życia – ludzie z mobilnych łowców-zbieraczy żyjących w małych grupach stali się osiadłymi rolnikami. Wśród przebadanych pod tym kątem egipskich mumii u 65 proc. znaleziono pasożytnicze robaki, u 40 proc. stwierdzono wszy, a około 20 proc. było zarażonych zarodźcami malarii.

Współcześnie, według szacunków WHO, z powodu chorób wywołanych przez nicienie, którymi można zarazić się poprzez kontakt z glebą zanieczyszczoną odchodami, cierpi półtora miliarda ludzi, czyli 24 proc. mieszkańców planety, w tym ponad 900 milionów dzieci. Życie wolne od pasożytów to luksus społeczeństw wysoko rozwiniętych, z powszechnym i tanim dostępem do opieki medycznej. I jak się okazuje, z ewolucyjnego punktu widzenia może to wcale nie być pożądana sytuacja.

Hipoteza higieny

Ludzie przez tysiące lat ewoluowali pod presją patogenów. Pasożyty były codziennym doświadczeniem, tak jak dzisiaj zanieczyszczenie powietrza. Czy pozbycie się tego niechcianego bagażu mogło mieć negatywne skutki? Okazuje się, że tak. Hipoteza higieny mówi, że jeśli we wczesnym dzieciństwie człowiek nie ma kontaktu z patogenami, takimi jak nicienie, jego układ odpornościowy nie rozwija się prawidłowo. Z braku prawdziwych wrogów może zacząć atakować nieszkodliwe obiekty, takie jak np. pyłki traw, co skutkuje rozwojem alergii.

Pasożytnicze nicienie czy tasiemce żyjące w organizmie człowieka paradoksalnie są zainteresowane naszym dobrym zdrowiem. Przecież śmierć żywiciela oznacza także śmierć jego pasożyta, a im dłużej żywiciel żyje, tym więcej jaj pasożyt może wyprodukować z nadzieją, że znajdą kolejnych gospodarzy. Na poziomie immunologicznym nicienie nauczyły się łagodzić reakcję odpornościową żywiciela. Wydzielane przez nie substancje hamują rozwój stanu zapalnego, co prowadzi do chronicznych infekcji. Z badań na gryzoniach wiadomo, że obecność nicieni czy tasiemców może chronić przed rozwojem infekcji bakteryjnych. Obserwacje te wykorzystano w eksperymentalnej terapii osób cierpiących na ciężkie przypadki chorób autoimmunologicznych, takich jak stwardnienie rozsiane, choroba Leśniowskiego-Crohna czy astma. Jak na razie do fazy testów dopuszczono w Wielkiej Brytanii terapeutyczne zarażenie nicieniem Necator americanus.

Ewolucja pod wpływem

Nicienie i tasiemce to nie jedyne pasożyty atakujące człowieka. Z biologicznego punktu widzenia pasożytami są też mikroorganizmy, takie jak bakterie czy wirusy, sprawcy katarów, grypy i niedawnej pandemii covidu. Czy są jakieś pożytki także z wirusów? Okazuje się, że bez wirusów, przeskakujących z genomu na genom, właściwie nie byłoby ewolucji – albo przebiegałaby ona bardzo powoli.

Wirusy nie posiadają własnej maszynerii komórkowej i do stworzenia kopii potomnych wykorzystują komórki gospodarza. Część wirusów w tym celu integruje się z genomem gospodarza, czyli po prostu przecina nić DNA i wkleja swój materiał genetyczny w powstałą lukę. Niektóre wirusy zostają w tej formie do końca życia komórki, inne wycinają się i wędrują dalej, do kolejnych żywicieli. Podczas tego procesu wirus może niechcący wyciąć coś więcej niż tylko swoje geny i przenieść je dalej. Może przenieść gen z jednego gatunku żywiciela na drugi. Może stworzyć nową kombinację, wklejając się wewnątrz sekwencji DNA kodującej coś innego. Szacuje się, że 8 proc. ludzkiego genomu to pozostałości dawnych wirusów, a dalsze 40 proc. można powiązać z ich działalnością.

Jako pierwsza na zjawisko to zwróciła uwagę Barbara McClintock, która w latach 40. XX w. prowadziła badania mechanizmów mozaikowych wzorów nasion kukurydzy. Na długo przed rozwojem nowoczesnej genomiki odkryła ruchome elementy genetyczne, które uczestniczyły w regulacji genów. Dziś wiemy, że są to elementy pochodzenia wirusowego, o czym można przeczytać w każdym podręczniku genetyki. Wtedy jednak odkrycie McClintock było tak rewolucyjne, że nie spotkało się z uznaniem świata naukowego, chociaż 40 lat później (w 1983 r.) została za nie uhonorowana Nagrodą Nobla.

Komu zawdzięczamy płeć

Jest jeszcze jeden, niesłychanie brzemienny w skutkach owoc działania patogenów. Chodzi o powstanie płci. Rozmnażanie płciowe jest jednym z biologicznych paradoksów, ponieważ do powstania potomków wymaga dwojga rodziców, podczas gdy w przypadku rozmnażania bezpłciowego wystarczy jeden rodzic. W rezultacie w populacji bezpłciowej tempo rozmnażania jest wyższe i jeśli wszystkie inne warunki pozostają takie same, osobniki rozmnażające się w ten sposób zyskają przewagę. Dlaczego więc rozmnażanie płciowe jest tak powszechne? Jedna z teorii wiąże występowanie płci z obroną przed pasożytami.

W trakcie rozmnażania płciowego dochodzi do rekombinacji materiału genetycznego pochodzącego od każdego z rodziców i dzięki temu u potomstwa mogą powstać kombinacje genów nieobecne u rodziców. Wyobraźmy sobie, że jeden z rodziców ma geny A-B-C, a drugi D-E-F, natomiast obronę przed zarażeniem zapewnia kombinacja A-E-C. Żeby pojawiła się u któregoś z osobników rodzicielskich, musiałaby zajść odpowiednia mutacja np. B→E. Nie jest to niemożliwe, ale wymaga czasu. Rozmnażanie płciowe działa natomiast jak tasowanie kart i już w pierwszym pokoleniu potomków może się pojawić korzystna kombinacja. Hipotezę tę wielokrotnie testowano eksperymentalnie. U ślimaków wodożytek (Potamopyrgus antipodarum), które mogą rozmnażać się zarówno płciowo, jak i bezpłciowo, początkowo liczniejsze klony bezpłciowe z czasem zanikały w populacji, w miarę jak rosła liczba pasożytów, natomiast klony płciowe były znacznie bardziej odporne.

Pasożyt to według definicji „organizm żyjący kosztem innego organizmu”. Definicja nie oddaje jednak złożoności zależności biologicznych, gdzie rachunek zysków i strat jest często bardzo skomplikowany. Warto o tym pamiętać, kiedy następnym razem będziemy narzekać na jesienne przeziębienie wywołane przez rinowirusa, albo gdy będziemy opędzać się od komarów na biwaku.

AGNIESZKA KLOCH jest doktorem habilitowanym nauk biologicznych, badaczką interakcji pasożytów z gospodarzami. Pracuje na Uniwersytecie Warszawskim. Podczas Copernicus Festival wystąpi w „Konfrontacjach” o rywalizacji i współpracy w przyrodzie.