Kan våra hjärnor tas över?

In The Last of Us, en tv-spelserie och nyligen tv-program, svamppatogener är skyldiga till en zombie-liknande pest. När de väl är smittade tappar människor kontrollen över sina kroppar och blir allt mer aggressiva och försöker infektera andra genom våld. Det är en bekant trope: Samma svamp, ophiocordyceps, plågar mänskligheten i filmen Flickan med alla gåvor, medan virus gör jobbet i filmen 28 dagar senare och romanen Världskriget Z.

Men konceptet med en patogen som kan manipulera sin värds beteende - mot deras vilja och ofta till deras nackdel - är inte enbart fiktion. I dessa zombieliknande fall verkar patogenen (oavsett om det är ett virus, bakterier eller svamp eller något annat) specifikt för att ändra beteendet hos sin värd.

Medan vi vet en anständig mängd om dessa patogener - inklusive de mycket verkliga ophiocordyceps svamp, som gör insekter till omedvetna agenter för samhällelig kollaps - det finns fortfarande mycket att lära.

Så Cordyceps-svampen är verklig?

"Cordyceps" har blivit ett vanligt samlingsnamn för en grupp svampar som infekterar insekter. Denna gruppering inkluderar arten ophiocordyceps unilateralis, mer känd som "zombiemyrsvampen". Den sprids genom att svampstrukturer spirar ut genom myrans huvud efter dess död.

Utmaningen för denna reproduktionsstrategi är att myror är sociala insekter, och därför agerar de för att skydda kolonin från infektioner. Som en del av detta beteende tar myror vanligtvis bort döda myror från boet. En ensam död myra utanför boet kommer inte att sprida svampen.

För att komma runt detta får svampen en infekterad myra att lämna boet, klättra ovanför det och bita in i närliggande växtlighet när den håller på att dö - en praxis som kallas toppmöte. En dag eller två efter myrans död bryter de parasitära svampsporerna ut ur myrans huvud för att överösa kolonin med patogenen.

ophiocordyceps-infekterade myror är inte de enda som uppvisar detta klätterbeteende vid infektion. Det är utbrett över olika kategorier av insekter och kan orsakas av virus, kallas encelliga parasiter trematoder, och olika arter av svampar som inte är relaterade till ophiocordyceps. Det har det till och med ett vanligt namn: toppsjuka.

Hur fungerar dessa infektioner?

Vi vet inte säkert. Nyligen genomförda studier har funnit kemiska signaler från svamparna hos infekterade insekter. Vissa av dessa signaler - sannolikt utsöndrade proteiner - kan rikta sig mot värdens beteendesystem och kontrollera beteende som toppmöten och bodesertering.

Forskare antar att patogener kan dra fördel av redan existerande beteenden som styr molting och sömn, som utvecklades för miljoner år sedan. Molting - processen genom vilken en insekt fäller sitt skyddande exoskelett för att växa till ett nytt, större - är en tid av sårbarhet, eftersom det tar en dag eller två för det nya exoskelettet att härda tillräckligt för att ge säkerhet. Insekter har utvecklat beteenden för denna tid som kan innefatta att vandra från boet och toppa. Sömn är också en sårbar tid, så vissa insektsarter har lärt sig att sova medan de tar tag i gräs eller löv.

Moltning och sömn styrs av insektens dygnsrytm, och toppmötet verkar också vara det, eftersom många arter av infekterade insekter gör detta vid förutsägbara tider. I ophiocordyceps-infekterade snickarmyror, till exempel toppmöte händer alltid runt solens middagstid. Det biologiska maskineriet som förknippas med en insekts dygnsrytm verkar därför vara ett bra ställe att utforska.

Kan Cordyceps infektera människor?

Nej. Eftersom de är så specialiserade, individuella arter av ophiocordyceps svampar infekterar bara ett begränsat antal insekter och infekterar inte människor alls. (Faktum är att Cordyceps-tillskott säljs som en hälsokost, trots brist på vetenskapliga bevis för deras förmodade hälsofördelar.)

Betyder det att vi inte har något att oroa oss för från dessa typer av infektioner?

Inte riktigt. Vi har länge vetat att vissa föreningar från svampar kan förändra vårt beteende, som den hallucinogena kemikalien psilocybin från psilocybe svamp och ergot från Nyckelben-förorenat spannmål.

Andra svampinfektioner kan vara dödliga, om inte fantasmagoriska. Förra året publicerade Världshälsoorganisationen sin första någonsin lista över svamp "prioriterade patogener" för människor, notera deras hälsokonsekvenser och öka motståndet mot behandling. Svamppatogenen Candida auriskan till exempel orsaka blodomloppsinfektioner som kan vara dödliga hos så många som 60 % av de smittade.

Hur är det med icke-svampinfektioner?

Flera patogener kan förändra beteendet hos däggdjur - och potentiellt människor. Ett känt exempel är den encelliga parasiten Toxoplasma gondii, som förökar sig hos katter och infekterar ungefär en tredjedel av världens mänskliga befolkning.

Infektionen som den orsakar, känd som toxoplasmos, är vanligtvis inte en stor sak hos människor, och ger som mest bara milda influensasymptom. Men för personer med nedsatt immunförsvar kan det vara förödande, och det kan orsaka allvarliga problem hos ett foster under utveckling. Det är därför gravida människor ska undvika kontakt med kattsand.

Tycka om ophiocordyceps, Toxoplasma kan också manipulera värdbeteende. I flera gnagarstudier, inklusive en från förra året, forskare visade det Toxoplasma-infekterade gnagare fruktar inte längre doften av katturin. Istället blir de fysiskt attraherade av det. Parasiten verkar orsaka beteende som får sin gnagarvärd uppäten av en katt - parasitens sista värd.

Under de senaste 70 åren har forskare undersökt beteendeeffekterna av Toxoplasma infektion hos människor. Flera studier har kopplat det till humörstörningar och psykiska problem, inklusive schizofreni. Parasiten kan också inducera mer subtila beteendeförändringar, som t.ex främjar riskfyllda beteenden och kanske till och med påverka politisk övertygelse.

Återigen, vi vet inte hur parasiten gör detta. Forskare misstänker att det subtilt justerar kemikalierna som produceras av våra celler, vilket kan resultera i en förändring i beteende. Studier tyder också på att kronisk infektion med parasiten kan påverka mängden neurotransmittorer - kemikalier som bär signaler mellan neuroner - förknippad med belöning och motivation, inklusive dopamin. Genom att manipulera värdneurokemikalier kan parasiten förändra våra handlingar.

Vad mer kan potentiellt förändra en människas beteende mot sin vilja?

Rabies är ett däggdjursvirus som överförs via infekterad saliv, vanligtvis genom att bita. I USA, fladdermöss är den främsta orsaken av rabiesinfektioner, även om tvättbjörnar, skunks och rävar också sprider viruset. Utanför USA är rabiata hundar den främsta orsaken till infektion hos människor, vilket resulterar i ca 60,000 dödsfall per år globalt. Infektioner gör värden aggressiv och mer benägen att bita andra - ett potentiellt manipulerande beteende som främjar överföring av viruset.

Beskrivningar av rabiesinfektioner går tillbaka hundratals år, men vi lär oss fortfarande om de molekylära vägar den använder. Viruset är neurotropiskt, vilket betyder att det angriper nervsystemet, men det är fortfarande inte klart hur detta leder till specifika symtom. Forskning tyder på att rabiesglykoproteinet - en stor molekyl på virusets yta som fäster på värdcellerna - kan interagerar med värdproteiner som hjälper till att producera muskelsammandragningar. Om rabiesglykoproteinet binder till och upptar receptorn kan det störa hur neuroner kommunicerar med andra celler. Artificiell inhibering av denna receptor med en del av rabiesglykoproteinet visade sig producera rabiesliknande beteende hos möss.

Vet vi säkert att patogener aktivt kan förändra mänskligt beteende?

Infektioner kan förändra en värds beteende på flera möjliga sätt. Kanske får patogenen värden att agera på ett sätt som ökar sannolikheten för reproduktion, som ophiocordyceps gör för myror. Eller så kanske värdens beteendeförändringar bara är en bieffekt av att känna sig sjuk - något av en slump. Det är svårt att studera detta förhållande hos människor på grund av etiska problem som väckts av kliniska prövningar. Istället måste vi använda epidemiologiska studier som jämför beteendet hos infekterade individer med typiskt beteende. Eller så förlitar vi oss på djurstudier, som inte alltid exakt replikerar mänskliga beteenden.

Även i avsaknad av studier som testar hur beteendeförändringar inträffar, är det uppenbart att en viss förlust av kontroll kan inträffa. Så även om det är osannolikt att vi kommer att se en zombieliknande pest, eller ett virus som kan få full kontroll över en människas handlingar, är det oklokt att underskatta naturen. Vi förblir utlämnade till många patogener, hjärnkontroll eller inte.