Nhân tiện vừa rồi xem series ”The last of us”, mình khá tò mò về hiện tượng các loài kí sinh, cụ thể trong series là một họ nấm, có khả năng điều khiển hành vi vật chủ. Sau một thời gian tìm hiểu trên Internet, mình phát hiện khá nhiều thông tin hay về hiện tượng này và muốn chia sẻ với mọi người ở đây. Nhân tiện thì mình không theo học ngành sinh học nói chung và cũng không chơi game “The last of us” nên rất hi vọng các đóng góp của mọi người trong phần bình luận. 
Hiện tượng về các loài kí sinh có khả năng điều khiển các vật chủ không hiếm trong tự nhiên. Chủ yếu hiện tượng này xảy ra ở các loài côn trùng nhưng cũng có những trường hợp còn gây ảnh hưởng đến các loài thú có vú. Các loài kí sinh có khả năng này cũng vô cùng đa dạng, từ các loài virus, vi khuẩn, nấm, giun hay thậm chí các loài côn trùng khác. Các hành vi của vật chủ cũng tùy thuộc vào từng trường hợp, nhưng nguyên tắc vẫn là đưa vật chủ vào trạng thái sẵn sàng cho chu kì sinh sản kế tiếp. Để hình dung rõ hơn, xem xét các ví dụ dưới đây:

Ophiocordyceps

Đây là loài cùng họ với kí sinh trong series “ The last of us”. OphioCordyceps, còn được gọi là nấm đông trùng hạ thảo hoặc nấm thây ma, là một loại nấm ký sinh lây nhiễm động vật chân đốt như kiến. Quá trình lây nhiễm bắt đầu khi vật chủ (ở đây là các loài kiến) dính phải các bảo tử của loài Ophiocordyceps trong quá trình kiếm ăn. Các bảo tử này có thể lớn lên bên trong vật chủ trong khoảng thời gian 2 tuần mà ko đẻ lộ ra ảnh hưởng bên ngoài. Khi các bảo tử đủ lớn để có thể bắt đầu sinh sản cũng là lúc vật chủ bị chiếm lĩnh hoàn toàn và cùng với đó là hành vi của chúng cũng thay đổi theo. Các cá thể kiến bị nhiễm bệnh sẽ tự động rời ra khỏi tổ để tìm kiếm địa điểm thuận lợi cho nấm mồ của mình. Loài nấm Ophiocordyceps cần những điều kiện rất cố định cho việc phát triển và sinh sản nên các cá thể nhiễm bệnh luôn tìm tới những địa điểm vô cùng đặc trưng[1]. Ví dụ, các nhà khoa học thấy rằng, đối với loài kiến C. leonadi, các vật chủ thường leo lên những chiếc lá ở độ cao 25cm so với mặt đất. Tại đây, chúng cắn vào các gân lá ở mặt dưới, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Vị trí của những chiếc lá này cũng thường chệch theo hướng bắc, tây bắc so với thân cây. Đây được coi là vị trí thuận lợi đối với sự phát triển của loài Ophiocordyceps.
Fig 1. Một nạn nhân của nấm đông trùng hạ thảo   
Các sợi sấm hình thành trong khoảng từ 2-9 ngày tiếp theo và thường xuất hiện từ một điểm nhất định ở phía sau đầu của vật chủ. Nấm này tiếp tục phát triển một khoảng thời gian cho tới khi có thể sản sinh ra các bào tử mới và vòng tuần hoàn tiếp tục.
Vậy làm thế nào mà loài Ophiocordyceps có thể điều khiển một vật chủ phức tạp như loài kiến để hành động một cách chính xác như vậy. Để tìm hiểu vấn đề này, các nhà khoa học đã sử dụng mô hình máy tính cùng thuật toán học máy để tìm hiểu về mạng lưới phân bố của loài này trong cơ thể của những con kiến bị kí sinh[2]. Bất ngờ là, trái với dự đoán ban đầu, loài nấm này không hề xâm chiếm não của vật chủ. Ngược lại, chúng được tìm thấy nhiều ở vùng đầu (không có não nhá), vùng bụng, phần thân sau và rất nhiều ở chân. Các sợi nấm bắt đầu xâm chiếm các sợi cơ và hình thành một mạng lưới có thể luân chuyển các chất dẫn chuyền hóa học, dinh dưỡng và thông tin. Điều này chứng tỏ một điều là loài kí sinh Ophiocordyceps không hề xâm chiếm não bộ mà hoàn toàn phát triển một mạng lưới của riêng nó và điều khiển hành vi bằng cách thay đổi chiếm lấy cơ bắp của vật chủ. Điều này có nghĩa, một khi bị xâm chiếm hoàn toàn, vật chủ giống như một con rối, một tù nhân trong chính thể xác của chúng vậy. Bạn có thể hình dung điều này fucked up đến mức nào nếu như bạn xem phim “Get out”, chỉ hơn ở chỗ là vật chủ sẽ chết trong vài tuần thôi. 
Bên cạnh loài Ophiocordiceps, trong tự nhiên cũng có rất nhiều hiện tượng tương tự như trên, khi loài kí sinh hoàn toàn zombie hóa vật chủ cho mục đích sinh sản.

Leucochloridium paradoxum     

Loài giun này có vật chủ là các con ốc sên. Khi vật chủ bị xâm chiếm, loài Leucochloridium sẽ bao trọn lấy 1 hoặc 2 cặp râu của ốc sên, và bắt đầu ngọ nguậy. Đồng thời, chúng cũng điều khiển vật chủ bò lên những chỗ cao và thoáng mát, nơi mà 2 cặp râu của ốc sên lúc này sẽ hoàn toàn lộ ra ngoài và di chuyển giống như những ấu trùng sâu bướm. Điều này thu hút những con chim háu đói đến ăn những con giun này. Đôi khi những con chim sẽ kéo các con giun này ra khỏi vật chủ, nên có những trường hợp mà những con sên bị tấn công vẫn sống sót. Trong bụng của vật chủ mới, những con giun sẽ trưởng thành và đẻ trứng vào trong phân của những vật chủ. Những con sên sẽ ăn phân của những con chim này và vòng tuần hoàn lại bắt đầu.
Fig2. Sên bị nhiễm Leucochloridium paradoxum, một bên râu  bị xâm chiếm hoàn toàn bởi loài này 

Toxoplasma gondii

 Một trường hợp cũng rất thú vị xảy ra đối với loài chuột. Toxoplasma gondii là một loại ký sinh trùng đơn bào siêu nhỏ có thể lây nhiễm sang người và các động vật máu nóng khác. Đây là một trong những bệnh nhiễm ký sinh trùng phổ biến nhất ở người, với ước tính cho thấy có tới một phần ba dân số thế giới có thể bị nhiễm bệnh. Tuy kí sinh ở nhiều loài động vật, toxoplasma gondii chỉ có thể sinh sản ở trong ruột của mèo. Do đó, để duy trì vòng lặp, toxoplasma gondii thay đổi hành vi của mỗi con chuột bị kí sinh. Cụ thể, nghiên cứu chỉ ra rằng, thay vì nhận thấy sự hiện diện của nước tiểu của mèo như một tín hiệu nguy hiểm, mỗi cá thể chuột bị nhiễm bệnh thường có xu hướng bị thu hút bởi chúng nhiều hơn và lảng vảng xung quanh những khu vực đó. Điều đó khiến cho những cá thể này dễ bị ăn thịt hơn và do đó, loài toxoplasma gondii có thể đến được môi trường hoàn hảo cho việc sinh sản. Mặc dù việc nhiễm khuẩn toxoplasma gondii là khá phổ biến ở người và thực tế, chúng có thể được tìm thấy khá nhiều ở não, không có những thay đổi đáng kể về hành vi được ghi nhận, ít nhất là không dramatic như những biểu hiện ở trên. Tuy nhiên, một nghiên cứu từ 2002 chỉ ra rằng những người bị liên quan đến tai nạn xe cộ thường có nhiều khả năng bị nhiễm khuẩn toxoplasma gondii. Nguyên nhân có thể là loại khuẩn này làm giảm khả năng phản ứng của vật chủ, điều mà có thể hợp lý khi nhìn sang loài gặm nhấm, việc giảm khả năng phản ứng có thể khiến vật chủ dễ bị bắt và ăn thịt hơn. Ngoài ra, cũng cũng có những trường hợp người nhiễm toxoplasma gondii phát triển những triệu chứng như ốm, mệt mỏi, … Tuy nhiên ảnh hưởng của loài kí sinh này lên con người vẫn cần nhiều được nghiên cứu nhiều hơn. 

Kết luận:

Thiên nhiên đúng là có nhiều thứ rất kì cục và trên nhánh cây của sự tiến hóa, rất nhiều loài đã tạo ra những cơ chế không ngờ tới để đảm bảo tự tồn tại và duy trì nòi giống. Biết đâu việc mình ngồi đây lúc 2h sáng viết ra mấy dòng này là bởi có loài kí sinh nào thích uống cafe thì sao? Anyway, mình phải cho mèo nhà mình ăn đã.
Cheers,  
(Nội dung bài này mình viết chủ yếu từ video Could the Cordyceps Fungus Really Take Over? - YouTube, nếu như ai thích có thể tham khảo)
[1]The Life of a Dead Ant: The Expression of an Adaptive Extended Phenotype | The American Naturalist: Vol 174, No 3 (uchicago.edu)
[2]Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants | PNAS
[3]Leucochloridium - Wikipedia