Cikador som normalt är beroende av två bakteriella symbionter har visat sig kunna ersätta en av dessa med en svamp, en svamp som är nära besläktad med den ökända zombiesvampen.

Som du säkert vet finns det i dina tarmar men stor mängd bakterier, din så kallade mikrobiom, som faktiskt varkar vara nödvändig för att du skall må bra: för vissa arter är den livsnödvändig. Utan rätt bakterier skulle en ko eller en termit inte kunna bryta ned cellulosa, och därmed svälta ihjäl. Cikador lever av en extremt ensidig kost, nektar från växter, med andra ord i princip bara socker och vatten. Det är knappast en balanserad diet (ens för en cikada), och utan hjälp skulle de inte överleva. I deras tarmar finns de två bakteriestammarna Sulcia och Hodgkinia, som tillverkar nödvändiga vitaminer och aminosyror. Dessa bakterier har specialiserat sig på sin nisch, och klarar sig i princip inte utanför sina värddjur1. Olika varianter på detta är vanliga i naturen, t.ex. de mitokondrier som finns i dina celler började som självständiga bakterier. Cikadorna och bakterierna är alltså ett intressant exempel på hur symbios och evolution, där bakterierna får en plats att leva på och cikadan kan få sina livsnödvändiga näringsämnen, och båda anpassar sig för att optimera de givna förutsättningarna.

Zombiesvampen som tar över sina offer

Har du sett någon, mer eller mindre dålig, zombiefilm? När en parasit tar över sina offers hjärnor och förvandlar dem till zombier som vandrar runt och försöker sprida infektionen till andra? Det finns en grupp svampar – Ophiocordyceps – som har lyckats väl med detta, fast bara hos insekter. De infekterar olika insekter, tar över deras muskler och nervsystem och förmår t.ex. en infekterad myra att till slut klättra upp till en plats som är idealiskt för att sprida svampen till andra myror, tvingar den att bita sig fast i ett blad varefter en sporkropp växer ut och sprider sina sporer över resten av myrsamhället, så att fler av myrorna kan infekteras och i sin tur förvandlas till zombier. Och det intressanta är hur svampen gör detta. Inte genom att invadera hjärnan, utan genom att ta över sitt offers muskler. När en insekt först blir infekterad med svampen cirkulerar en spor runt i dess kropp, och denna förökar sig, och till slut börjar dessa cirkulerande sporer att växa fast på olika platser i kroppen. Dessa bildar sedan ett nätverk av rör som tillåter dem att både kommunicera och dela på näring (detta har man tidigare sett i svampar som infekterar växter, men inte i dem som parasitera djur). Det är alltså inte en svampindivid som tar över värdinsekten, utan koloni av svampar som samarbetar för att ta över. Exakt hur denna styrning går till är ännu oklart2.
Också detta är ett fint – om än skräckfilmsaktigt – exempel på evolution, där svampen gradvis blivit bättre och bättre på att ta över sina värdar och att sprida sig.

Åter till cikadorna

Nu har cikadorna ett problem. En av bakteriestammarna, Hodgkinia, som jag nämnde ovan håller på att mutera till oingenkännlighet, där den delar upp sin kromosom i ett flertal mini-kromosomer vilket medför en kraftigt ökad risk för att förlora en eller flera essentiella gener. Risken är alltså stor att den förr eller senare förlorar förmågan att leva i cikadan och att därmed bidra med näringsämnena som den senare behöver. Detta är minst sagt problematiskt för cikadorna, eftersom det innebär att cikadorna också skulle dö ut.

Detta är i det allmänna fallet ett inte helt ovanligt problem: i långvariga värd-symbiont förhållanden tenderar symbionten att tappa gener (t.ex. kan dina mitokondrier inte klara sig på egen hand längre). De utsätts helt enkelt inte för något större naturligt urval, och då medför mutationer som förstör eller tar bort gener inte någon större nackdel, utan möjligen till och med en kortsiktig fördel: det går åt en hel del energi när ett protein skall tillverkas baserat på en gen, och om man slipper detta kan man använda energin till annat. Vissa sådana symbionter har så lite som 200 fungerande gener, mindre än en del organeller kräver för sin funktion. Men risken med detta är att de hänger på gränsen till att dö ut, och om värdorganismen är betroende av den riskerar även denna att för ut.

När en Japansk forskare först hittade cikador helt utan Hodgkinia trodde de först inte på sina resultat: utan båda bakteriestammarna kan inte cikador leva. Efter en del undersökningar gav en noggran mikroskopiska undersökning äntligen lösningen på mysteriet, en lösning som var en klar överraskning: cikadorna var infekterade med Ophiocordyceps liknande jästliknande svampar, men verkade vara vid god hälsa1. Detta är oväntat: Ophiocordyceps är en allvarlig infektion som förr eller senare alltid leder till döden. Men de dog inte av sin svampinfektion, utan de utnyttjar svampen för att producera de näringsämnen som de saknade. Detta är ungefär lika oväntat som om polisen börjat anlita Hells Angels som cateringfirma för polishusets personalmatsal, och att det tycktes fungera bra.

Exakt hur cikadan har lyckats med detta är ännu okänt, kanske muterade en svamp tills den var mindre dödlig och infekterade en cikada som klarade av att hålla svampen stången. Det illustrerar dock en viktig sak, som jag skrivit om förr: vi vill gärna ha klara kategorier, med tydliga gränser mellan arter, mellan parasit och symbiont, osv. Och detta är troligen ett sådant fall, där svampen iofs är en parasit, men att värddjuret drar så pass stor nytta av dess existens att den till och med till slut är beroende av den för sin överlevnad. Och resultaten tyder på att detta skett inte bara en gång, utan flera1. Om man har även hittat att andra insekter på liknande sätt skapat mutalistiska förhållanden med svampar som egentligen borde vara parasiter3.


Källor

  1. Matsuura, Y.; Moriyama, M.; Łukasik, P.; Vanderpool, D.; Tanahashi, M.; Meng, X.-Y.; McCutcheon, J. P. & Fukatsu, T. Recurrent symbiont recruitment from fungal parasites in cicadas Proceedings of the National Academy of Sciences, National Academy of Sciences, 2018. https://doi.org/10.1073/pnas.1803245115  2 3

  2. Fredericksen, M. A.; Zhang, Y.; Hazen, M. L.; Loreto, R. G.; Mangold, C. A.; Chen, D. Z. & Hughes, D. P. Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants Proceedings of the National Academy of Sciences, National Academy of Sciences, 2017 https://doi.org/10.1073/pnas.1711673114 

  3. Kobiałka, M.; Michalik, A.; Walczak, M. & Szklarzewicz, T. Dual ``Bacterial-Fungal’’ Symbiosis in Deltocephalinae Leafhoppers (Insecta, Hemiptera, Cicadomorpha: Cicadellidae) Microbial Ecology, 2018, 75, 771-782. https://dx.doi.org/10.1007%2Fs00248-017-1075-y