Dass Parasiten ihre Wirte bis hin zur Umwandlung des Geschlechts manipulieren können, klingt unglaublich. Und doch ist es wahr: Sie haben Einfluss auf den Hormonhaushalt, steuern Nervensysteme oder greifen mechanisch in den Wirtsorganismus ein. Ein besonders faszinierendes Beispiel für diese Manipulation ist der Einfluss von Parasiten auf das Gehirn von Ameisen. Diese parasitäre Gehirnwäsche führt zu erstaunlichen Verhaltensänderungen bei den infizierten Ameisen, die oft im Dienste der Vermehrung des Parasiten stehen.
Der Kleine Leberegel: Ein Meister der Verhaltensmanipulation
Der Klassiker der parasitären Gehirnwäsche ist der Kleine Leberegel (Dicrocoelium dendriticum). Der Wurm lebt in Schafen und muss über zwei Zwischenwirte (Schnecken und Ameisen) wieder in ein Schaf gelangen. Zunächst nehmen Schnecken die über den Schafskot ausgeschiedenen Parasiteneier mit ihrer Nahrung auf. Dort entwickeln sich die Larven, wandern in die Mundhöhle und werden in Schleimbällchen ausgeschieden. Diese werden nun von Ameisen gefressen, in denen die Entwicklung des Parasiten weitergeht, bevor er wieder in ein Schaf gelangen kann. Da ein Schaf keine Ameisen auf dem Speiseplan hat, braucht der Parasit einen Trick. Eine Larve wandert in den Kopf der Ameise und setzt sich in einem Nervenknoten der Mundwerkzeuge fest. Der Hirnwurm steuert von nun an ihr Verhalten.
Anstatt bei Einbruch der Nacht ins Nest zu laufen, marschiert die Ameise wie ferngesteuert einen Grashalm hoch und verbeißt sich darin. Durch ihren Mandibelkrampf gezwungen, an der Pflanze zu verharren, wird sie in den Morgenstunden von Schafen zufällig mitgefressen.
Forscher beschreiben die erste Phase seines komplizierten Lebenszyklus, in der er Ameisen, Weidetiere wie Kühe, Rehe und Schafe sowie Schnecken ausnutzt, um seine nächste Generation zu sichern, oft als „Zombie-Ameisen“.
Wie der Leberegel die Ameise manipuliert
Der Lanzett-Leberegel hat eine schlaue - manche würden sagen: grausame - Art, sein Überleben zu sichern. Er verwandelt Ameisen in Zombies. „Der Lanzett-Leberegel ist das Paradebeispiel für die Manipulation des Wirtsverhaltens durch Parasiten“, sagt Brian Lund Fredensborg, Parasitenökologe und außerordentlicher Professor am Fachbereich für Pflanzen- und Umweltwissenschaften der Universität Kopenhagen.
Lesen Sie auch: Der Ratten-Lungenwurm: Eine Bedrohung?
Die Geschichte des Lanzenspulwurms sieht folgendermaßen aus: Eine Ameise frisst einige Egel, und ein einzelner, sich selbst aufopfernder Egel - der Wurm stirbt dabei - wandert in das Gehirn der Ameise, infiziert es und entführt es quasi. Hunderte anderer Egel dringen in den Hinterleib des Insekts ein, wo sie sich vorübergehend in einer von ihnen gebildeten Kapsel verstecken, die sie vor der Magensäure der Ameise schützt.
Der Egel im Gehirn wandert zum subösophagealen Ganglion der Ameise, einem Teil ihres zentralen Nervensystems, und veranlasst das infizierte Insekt, in der Kühle der Morgen- oder Abenddämmerung auf die Spitze eines Grashalms zu klettern, seine Kiefer um den Halm zu schließen und dort zu bleiben. (Die Forscher bezeichnen das Verhalten der Ameise als „eine reversible und radikale Verhaltensänderung“). Wenn Rinder, Schafe oder Hirsche zum Weiden kommen, fressen sie die Ameisen zusammen mit dem Gras, und die Würmer setzen sich in der Leber der größeren Tiere fest.
Dort legen die Würmer Eier, die später mit dem Kot des Wirtstieres ausgeschieden werden. Der Kot wiederum wird von Schnecken gefressen, die das endgültige Ziel des Egels sind. Die Egellarven vermehren sich in den Schnecken und vermehren sich zu Tausenden. Schließlich husten die Schnecken sie in einem Schleimball aus, der Ameisen anzieht. Die Ameisen ernähren sich von dem mit Egeln verseuchten Schleim, und der Kreislauf beginnt von neuem.
„Wenn ein Parasit das Verhalten seines Wirts ändert, erhöht er damit die Chance, den nächsten Wirt im Lebenszyklus zu erreichen“, sagt Fredensborg. „Dies ist besonders häufig der Fall, wenn ein Parasit einen Wirt braucht, um vom nächsten gefressen zu werden. In der Natur beeinflussen Parasiten auf subtile Weise, wer was und wie viel frisst, was jedoch wichtige Auswirkungen auf das Funktionieren der Ökosysteme hat. Die große Frage ist, wie es den Parasiten gelingt, das Verhalten ihrer Wirte zu kontrollieren.“
Temperatur als "Zombie-Schalter"
Die Wissenschaftler entdeckten, dass die Lufttemperatur eine Rolle spielte. In der Morgen- und Abenddämmerung, wenn es kühl war und die meisten Tiere gerne grasen, blieben die Ameisen eher an der Spitze des Blattes hängen und wurden gefressen. Wenn es wärmer wurde, ließen sie los und krabbelten wieder nach unten. „Wir scherzten, wir hätten den ‚Zombie-Schalter‘ der Ameisen gefunden“, sagt Fredensborg.
Lesen Sie auch: Der Einfluss von Toxoplasmose auf das Gehirn
Demnach halten sich die parasitierten Ameisen bei kühlen Temperaturen eher an der Spitze eines Grashalms auf, während sie bei steigenden Temperaturen wieder nach unten krabbeln. Die Forschenden vermuten, dass der Kleine Leberegel auf diese Weise seine Chancen maximiert, samt Ameise von Weidegängern gefressen zu werden. Denn diese sind bei kühleren Temperaturen und in der Dämmerung am aktivsten, in der Mittagshitze ruhen sie meist.
Die Rolle von Dopamin
Einige Wissenschaftler spekulieren, dass der Prozess die Manipulation bestimmter Gehirnchemikalien beinhaltet.
Fredensborg nennt als Beispiel den Parasiten Toxoplasma gondii, der in ungenügend gegartem Fleisch und Katzenkot vorkommt. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass er die Funktion von Dopamin beeinträchtigen und die Entwicklung von Schizophrenie fördern kann. Dopamin, das im Gehirn produziert wird, ist für viele Körperfunktionen wichtig - zum Beispiel für die Bewegung - und wird mit mehreren psychischen und neurologischen Krankheiten in Verbindung gebracht. Fredensborg betont jedoch, dass die Funktionsweise dieser Parasiten ganz anders ist.
„Die Verhaltensänderungen selbst sind zwischen dem Wirt Toxoplasma und den mit dem Leberegel infizierten Ameisen nicht vergleichbar, wohl aber die zugrunde liegenden Mechanismen“, sagt Fredensborg. „Beide siedeln sich im Gehirn an, und zwar an einem Ort, der geeignet ist, eine bestimmte Reihe von Verhaltensweisen zu manipulieren. Bei Toxoplasma wissen wir, dass Dopamin beteiligt ist. Beim Leberegel wissen wir noch nicht, welche Neuromodulatoren beteiligt sind, aber Dopamin ist einer der Hauptverdächtigen, weil es die Suche nach Neuem und das Beißverhalten auslöst.“
Ophiocordyceps unilateralis: Der Pilz, der Ameisen zu willenlosen Zombies macht
Für Ophiocordyceps unilateralis ist dies ein leichtes, bei ihm handelt es sich um einen parasitären Pilz der Gattung Cordyceps. Er befällt Ameisen, genauer gesagt die im Urwald Thailands lebende Rossameise Camponotus leonardi. Die Rossameisenkolonien befinden sich auf Bäumen - in etwa 25 Metern Höhe. Ohne es zu ahnen nehmen die Insekten die Sporen auf. Ein Enzym hilft dem Pilz sich durch den Panzer der Ameise zu fressen. Die Pilz-Hyphen, also die fadenartigen Zellgebilde der Pilze, dringen dann bis zum Hirn der Ameise vor. Nach einer Inkubationszeit von etwa zwei Tagen verlässt die Ameise ihre Kolonie. Dabei scheint sie zu ahnen, dass etwas mit ihr nicht stimmt. Mit ihren Fühlern tastet sie sich ab, mit dem vorderen Beinpaar versucht sie vergeblich den Besatzer abzustreifen. Hier sind die Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen für den Pilz optimal. Er bringt die Ameise dazu, an einer Pflanze hochzuklettern und sich an der Unterseite eines Blattes festzubeißen, so kann das Insekt nicht herunterfallen. Der Pilz ist jedoch noch nicht mit der Ameise fertig: Jetzt beginnt er sie von innen aufzufressen. Er verdaut die Organe während der Panzer als Schutz dient. Hinter dem Kopf wächst allmählich ein Stängel aus dem Körper des Insektes, an dessen Ende sich ein Fruchtkörper befindet. Dieser lässt frische Sporen herabregnen - auf neue Ameisen, die am Boden fleißig Nahrung sammeln. Was würde aber passieren, wenn die Ameisen den Befehlen der Pilze nicht gehorchen würden? Dann würde der Kreislauf wahrscheinlich zum erliegen kommen. Ein Forschungsteam um David P. Zum Sterben gehen die Ameisen in niedrige Gefilde - dicht über dem Boden - wo die Pilze sich wohlfühlen.
Lesen Sie auch: Kontrolle durch fremde Mächte: Gehirnparasiten
Wie der Pilz die Ameise manipuliert
Neue Ergebnisse eines internationalen Forscherteams liefern Hinweise darauf, wie der Pilz die Ameisen manipuliert ( BMC Ecology, online).Über den Chitinpanzer der Tiere dringt der Parasit ein und lässt die Insekten zu "Zombie-Ameisen" werden, schreiben die Forscher. Die Wissenschaftler fanden Pilzzellen zwischen den Muskelfasern der Ameisen und rund um das Gehirn.
Die Pilz-Infektion zerstört die Muskulatur der Mundwerke sowie die Nervenzellen der Ameise. Einmal infiziert, verlassen die Tiere wie ferngesteuert die Baumwipfel, heften sich in Bodennähe an ein Blatt und verbeißen sich in dessen Hauptader - immer an der gleichen Stelle.
Das gelähmte Mundwerk kann sich nicht mehr von dem Blatt lösen und die Ameise stirbt. Dem Pilz kommt das zugute: Er breitet sich weiter aus, bildet Sporen und wächst aus dem Kopf der Ameise heraus.
Weitere Beispiele für parasitäre Verhaltensmanipulation
Laut Fredensborg ist der Lanzett-Leberegel nicht der einzige Wurm, der ein für Raubtiere attraktives Verhalten hervorruft. Microphallus papillorobustus wandert in das Gehirn von Amphipoden - kleinen Wasserkrebsen - und veranlasst diese, das Licht zu suchen und an die Wasseroberfläche zu steigen, wo sie unruhig schwimmen, sich an der Vegetation festhalten - und dann von Enten gefressen werden.
Euhaplorchis californiensis nistet sich im Gehirn von Killifischen ein, was zu unberechenbarem Verhalten führt und Reiher anlockt.
Ratten büßen im Würgegriff des Einzellers Toxoplasma gondii ihr natürliches Angstverhalten vor Katzen ein und werden von Katzenurin geradezu angelockt. Heuschrecken folgen einem Himmelfahrtskommando und stürzen sich in Gewässer, damit der Saitenwurm Spinochordodes tellinii das Insekt verlassen und sich paaren kann, während der Zwischenwirt ertrinkt. Besonders perfide agieren die Larven des Saugwurms Leucochloridium paradoxum. Sie wandern zunächst in die Fühler ihres Zwischenwirts, einer Schnecke, wo sie deutlich sichtbar zu pulsieren beginnen, um Vögel, ihre Endwirte, auf die Beute aufmerksam zu machen.
Bedeutung der Forschung
„Diese Forschung zeigt, dass die natürliche Auslese diese Übernahme des Wirts fein abgestimmt hat, um sie mit den Aktivitätsmustern des nächsten Wirts im Lebenszyklus des Parasiten zu synchronisieren“, sagt Robert Poulin, Evolutionsökologe und Professor für Zoologie an der University of Otago in Neuseeland, der nicht an der Studie beteiligt war. „Kühle Temperaturen sind der Auslöser dafür, dass der Parasit die Kontrolle übernimmt und die Ameise dazu bringt, einen Grashalm hochzuklettern, und zwar zu einem Zeitpunkt, an dem ein Weidetier höchstwahrscheinlich frisst, während warme Temperaturen dazu führen, dass der Parasit seine Kontrolle über die Ameise aufgibt und es ihr ermöglicht, ihr normales Verhalten wieder aufzunehmen und eine Überhitzung zu vermeiden.
Poulin, der Fredensborgs Doktorarbeit vor Jahren betreute, bezeichnete die Aktionen des Wurms als „eine bedingte Manipulation“, die durch die Außentemperaturen gesteuert wird. „Mir fällt kein anderes Beispiel wie dieses ein, obwohl das vielleicht nur daran liegt, dass wir nicht genau genug hingesehen haben“, sagt Poulin. „Wer hat behauptet, dass Parasiten einfache und degenerierte Lebewesen sind? Sie sind erstaunlich.“
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Umwelt so gestaltet werden kann, dass sich die Ameisen wieder normalisieren.
„Das Auslösen einer reversiblen radikalen Verhaltensänderung - das Umlegen des Schalters - ist wahrscheinlich einzigartig für den Lanzettenegel“, sagt Fredensborg. „Wir hoffen jedoch, dass diese Fähigkeit uns dabei helfen kann, zu charakterisieren, wie Parasiten das Wirtsverhalten verändern, indem wir die Neurochemie von ‚eingeschaltet‘ mit ‚ausgeschaltet‘ vergleichen“ und eine Verbindung zwischen der Infektion des Wirts, seinen Gehirnveränderungen und dem darauf folgenden Verhalten herstellen.