יש סיפורים בדיוניים רבים המשלהבים את דמיון המדענים ומעניקים השראה למחקרים, וגם להיפך: לפי המחקר המתואר כאן, צרעה קטנה יכולה להעניק השראה ולהפוך לגיבורה של סרט מדע בדיוני מחלחל במיוחד! הארס של צִרעת התכשיט משפיע על מוחם של תיקנים ומאפשר לה לשלוט עליהם כאילו היו זומבים. הבנת המנגנונים המאפשרים זאת יכולה לפתוח צוהר לפיתוח טיפולים רפואיים חדשים.

פוסט אורחת מאת מעיין קייסר פלטין, דוקטור למדעי המוח, מנהלת מעבדה במחלקה למדעי החיים באוניברסיטת בן גוריון, מעורכות המחקר

האֵימה: צִרעת התכשיט (Ampulex compressa) משתמשת בתיקנים חיים בתור מזון טרי לצאצאיה. הצרעה צדה תיקן ועוקצת אותו. תחילה היא עוקצת אותו עקיצה קצרה באיזור החזה שמשתקת אותו לכמה דקות, וכך מתאפשר לצרעה לעקוץ שנית, הפעם עקיצה מדויקת יותר וממושכת יותר, שבה היא מזריקה ארס היישר למוחו של התיקן [1]. לאחר העקיצה התיקן מתנהג מוזר מאוד. ברגע שהשיתוק מתפוגג התיקן מנקה את עצמו (grooming) בקדחתנות למשך כחצי שעה. הוא מקרב את המחושים הארוכים שלו לפיו באמצעות הרגל ומנקה את המחוש חלק אחר חלק. הוא מנקה את רגליו ואת את חלקו האחורי באמצעות הרגליים האחוריות [2]. 

צרעת התכשיט בעת העקיצה השנייה, בראש התיקן, שבה היא מזריקה את הארס היישר לתוך מוחו

צרעת התכשיט, רגע לפני שהיא שוברת את מחושו של התיקן ושותה מ"דמו"

בזמן טקס הניקוי, הארס במוחו של התיקן משלים את פעולתו וגורם לשינוי דרמטי אף יותר בהתנהגותו: הוא הופך לזומבי. בניגוד לתיקן בריא,  שרבים נתקלים בו לצערם לא מעט, התיקן הזומבי אינו בורח כאשר מנסים לתפוס אותו, וגם אינו הולך מיוזמתו. המצב הזה, הקרוי היפוקינזיה (תת-תנועה), מאפשר לצרעה להוביל את התיקן למקום מבטחים. היא שוברת את אחד ממחושיו, שותה קצת מה"דם" שלו (הקרוי המולימפה), ואז משתמשת במחוש השני כרצועה לכלב כדי להוליך את התיקן למחילה שהכינה. במחילה מטילה הצרעה  ביצה על גופו של התיקן האדיש. לאחר שהזחל בוקע מהביצה הוא יוצר חור בשלד החיצוני של התיקן וניזון מדמו. כשהזחל גדל קצת הוא חודר לתוך גוף התיקן וניזון מאיבריו הפנימיים, בזהירות, כדי לא להרוג אותו בטרם עת. רק לאחר שהזחל ניזון מכל שאר האיברים הוא אוכל גם את מערכת העצבים של התיקן, דבר שמוביל למותו. הזחל מתגלם בתוך הגופה, ולאחר כחודש מגיחה מתוך גופת התיקן צרעה בוגרת שיכולה להתחיל מעגל זה מחדש [2].

צרעה בוגרת מגיחה מתוך גופת התיקן

מדענים שחוקרים את גיבורת סרט האימה הזה רואים בה פוטנציאל אדיר להבנת המנגנונים העצביים שמאחורי התנהגות בעלי חיים. מתברר שבטבע יש לא מעט יצורים שיכולים להשתלט על מערכת העצבים של בעלי חיים אחרים. תחום שנקרא נוירו-פריזיטולוגיה מאגד את המקרים האלו ומנסה להבין כיצד אותם יצורים עושים זאת [3].

בניסיון להבין את המנגנון שבו ארס הצרעה משפיע באופן כל כך ספציפי על התנהגות התיקן, עבדנו במעבדתו של פרופ' ליברסאט (Libersat), מהמחלקה למדעי החיים באוניברסיטת בן גוריון, על זיהוי מרכיביו. התוצאות הראו כי הארס מכיל מאות חומרים שונים, ביניהם מספר גדול של פפטידים (מקטעי חלבונים קצרים) חדשים למדע שאין דומה להם בטבע [4]. הארס מכיל גם רכיבים אחרים,  כמו דופמין (5). 

דופמין הוא מוליך עצבי חשוב במסלול הגמול וההנאה במוחות של יונקים וחרקים. בחרקים, הוא קשור בין היתר גם לבקרה על התנהגויות שונות, כמו ניקוי עצמי. בניסוי שנעשה במעבדה בבן גוריון לפני כעשרים שנה נמצא שהזרקה של דופמין לתיקן גורמת לניקוי עצמי בתיקן רגיל, אך לא בתיקן שכבר נעקץ [6]. הממצא הזה מרמז על כך שמערכת הדופמין בתיקן עקוץ אינה מתפקדת כראוי. בניסויים שביצענו לאחרונה במעבדה ושטרם התפרסמו, בדקנו אם חומרים שיכולים להפעיל קולטני דופמין או לחסום אותם יכולים להשפיע על השינוי ההתנהגותי בתיקן. גילינו כי הזרקה של חומרים שחוסמים את קולטני הדופמין מונעת את תופעת הניקוי העצמי שמעורר הארס. ההסבר שאנו מציעים לממצאים אלו הוא שייתכן שארס הצרעה, המכיל דופמין, גורם להצפה של מוח התיקן במוליך העצבי וכך גורם לתיקן לנקות את עצמו בקדחתנות. הצפה של המוח בדופמין יכולה לגרום לירידה בכמות של קולטני הדופמין כמנגנון של "חיסכון". המוח מזהה שיש יותר מדי קולטנים ביחס לכמות הדופמין ומפחית את כמות הקולטנים. לאחר שהדופמין מתפרק ואינו נמצא יותר במערכת, התיקן עדיין נשאר עם כמות קטנה של קולטנים. זו הסיבה לכך שהזרקה נוספת של דופמין לתיקן שנעקץ אינה משפיעה עליו. רק לאחר יצירה מחודשת של קולטנים, תהליך שנמשך כשבועיים, התיקן מתאושש וחוזר להתנהגותו הרגילה. זאת כמובן, רק אם לא אפשרנו לצרעה להטיל ביצה על התיקן. 

ההסבר, אם הוא נכון, שופך קצת אור על המנגנון שבו עובד הארס, אך נותרות שאלות רבות אחרות שלהן אין עדיין תשובות, למשל: כיצד, אם בכלל, הדופמין בארס קשור להליכה או לבריחה? מה תפקידם של מאות המרכיבים האחרים בארס?

הבנה טובה יותר של מנגנון זה, יכולה להביא להבנה טובה יותר של מנגנונים עצביים מאחורי התנהגות בעלי חיים אחרים. כמו כן, חקר הפפטידים בארס שחדשים למדע הוא בעל פוטנציאל גדול לשימוש כבסיס לתרופות או לשימוש במחקר. ידועים פפטידים מארסים שונים שהתגלו כבעלי ערך רב, כדוגמת הפפטיד מארס החרוט הארסי (Conus geographus) אשר משמש היום כמשכך כאבים.  

בסופו של יום, סיפור האימה הקטן והמעט מבעית של צרעת התכשיט והתיקן הוא דוגמה קלאסית למחקר בסיסי שעשוי לתרום רבות לאנושות.

סרטונים:

• סרטון שיצרנו במעבדה בבן גוריון בשיתוף פעולה עם מעבדה בארה"ב, המראה את הסיפור של הצרעה והתיקן:

• תיקן מנקה את עצמו

מקורות:

1. Haspel G, Rosenberg LA, Libersat F. Direct injection of venom by a predatory wasp into cockroach brain. Journal of Neurobiology. 2003;56(3).
2. Libersat F, Gal R. Wasp voodoo rituals, venom-cocktails, and the zombification of cockroach hosts. Integrative and Comparative Biology. 2014.
3. Hughes DP, Libersat F. Neuroparasitology of parasite-insect associations. Annual Review of Entomology. 2018;63.
4. Arvidson R, Kaiser M, Lee SS, et al. Parasitoid jewel wasp mounts multipronged neurochemical attack to hijack a host brain. Molecular & Cellular Proteomics. 2019;18(1):99.
5. Weisel-Eichler A, Haspel G, Libersat F. Venom of a parasitoid wasp induces prolonged grooming in the cockroach. Journal of Experimental Biology. 1999;202(8).
6. Weisel-Eichler A, Libersat F. Are monoaminergic systems involved in the lethargy induced by a parasitoid wasp in the cockroach prey? J Comp Physiol A. 2002;188(4):315-324. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12012102. doi: 10.1007/s00359-002-0305-y.