Dat zombiemierschimmels hun gastheren laten klimmen en vastbijten, staat nauwelijks nog ter discussie. Lastiger is aantonen hoe ze dat voor elkaar krijgen. Recent moleculair werk legt voor het eerst een directe verbinding tussen een uitgescheiden schimmeleiwit en veranderingen in geurwaarneming en sociaal gedrag bij mieren.
Rond het middaguur klimt een forse mier langs de vegetatie omhoog. Ze wankelt een beetje, maar blijft zoeken totdat ze haar kaken vastzet in een blad of tak. Daarna laat ze nooit meer los. De mier sterft: de schimmel Ophiocordyceps camponoti-floridani verteert haar van binnenuit en vormt een vruchtlichaam waaruit sporen neerdalen. Plaats, tijdstip en houding lijken nauwkeurig afgestemd op de voortplanting van de schimmel. Maar hoe groeit zo’n spectaculair tafereel uit tot wetenschappelijk bewijs voor manipulatie – en uiteindelijk tot een verklaring op moleculair niveau?
De gastheer in dit systeem is Camponotus floridanus, een grote mierensoort uit Florida. Juist het onmiskenbare eindgedrag maakt deze zombiemieren zo geschikt voor onderzoek, vertelt microbioloog en expert op het gebied van parasitaire schimmels Charissa de Bekker van de Universiteit Utrecht. ‘Gezonde mieren zien we absoluut niet omhoogklimmen om zich vervolgens permanent vast te bijten. Het is bijna een binair systeem: als je dat vastbijten ziet, weet je dat de parasiet het gedrag heeft veranderd. Daardoor zit je veel minder in een grijs gebied dan wanneer een dier alleen iets minder angstig of wat actiever wordt.’
Hyperactief
Toch begint de verandering lang voor die laatste beruchte death grip. Gezonde exemplaren van Camponotus floridanus foerageren vooral ’s nachts en stemmen hun gedrag af op nestgenoten. Binnen ongeveer tien dagen na infectie verdwijnt dat vaste ritme: de mieren worden ook overdag actief, bewegen soms hyperactief en ongericht en communiceren steeds minder met hun koloniegenoten. ‘De biologische klok van de mier lijkt in de war te worden geschopt’, zegt De Bekker. ‘Ze bevinden zich steeds vaker buiten het nest en raken geleidelijk los uit het sociale netwerk.’
Die sociale ontkoppeling is een duidelijk onderdeel van de gedragsverandering en waarschijnlijk voordelig voor de schimmel. Mieren herkennen zieke nestgenoten aan geur en kunnen ze schoonmaken, aanvallen of opruimen, waarmee ze ook de infectie kunnen afbreken. ‘Het ligt erg voor de hand dat de schimmel zo de sociale afweer van de kolonie omzeilt’, meent De Bekker. ‘Alleen die specifieke functie hebben we nog niet rechtstreeks getest.’
Om het infectieverloop gecontroleerd te volgen, injecteert haar onderzoeksgroep mieren in het laboratorium met schimmelcellen. ‘Met een heel klein glazen naaldje zuigen we schimmelcellen in vloeistof op en injecteren die onder de binoculair in de mier.’ Daarna verblijven ze in bakken met een nestgedeelte en een soort ‘boompje’ waarin ze kunnen klimmen en zich vastbijten. Na twee tot drie weken volgt ook daar het klim- en bijtgedrag.
Maar daarmee is nog niet iedere gedragsverandering van algemeen ziektegedrag te onderscheiden. In een studie in Animal Behaviour (2021) infecteerde De Bekkers groep daarom mieren ook met Beauveria bassiana, een ziekteverwekker die geen klim- en bijtgedrag veroorzaakt. ‘Bij de Ophiocordyceps-mieren was na ongeveer tien dagen het dagelijkse activiteitsritme vrijwel weg’, vertelt De Bekker. ‘De Beauveria-mieren waren ook ziek en hun ritme veranderde eveneens, maar er bleef duidelijk een dagpatroon zichtbaar.’
Het verschil tussen beide infecties was ook terug te zien in de genactiviteit. Halverwege de Ophiocordyceps-infectie vertoonden bijna driemaal minder mierengenen een activiteitspatroon van ongeveer 24 uur dan bij gezonde dieren, blijkt uit een bioRxiv-preprint uit 2023. Bij Beauveria gingen minder van die ritmes verloren, maar verschoof de piekactiviteit sterker. Beide schimmels verstoren de biologische klok dus op een andere manier.
Daarnaast lijkt licht de mier in de klim- en bijtfase naar haar eindpositie te leiden. Lichtsterkte en -richting hangen samen met de klimroute, bijthoogte en oriëntatie van geïnfecteerde mieren. Waarschijnlijk leidt licht ze naar een microklimaat waar temperatuur en luchtvochtigheid geschikt zijn voor de wekenlange groei van het vruchtlichaam. Dat die plek ertoe doet, blijkt wanneer onderzoekers vastgebeten mieren verplaatsen: op afwijkende plekken en posities vormt de schimmel minder vaak een normaal vruchtlichaam (Behavioral Ecology, 2019).
Voor evolutiebioloog Robert Poulin van de University of Otago in Nieuw-Zeeland begint manipulatie precies bij zo’n voordeel. ‘Ik definieer het als een verandering in het fenotype van de gastheer die specifiek door een parasiet wordt veroorzaakt en zijn transmissie, overleving of voortplanting bevordert’, zegt hij. ‘Bovendien moet het vermogen om die verandering op te wekken erfelijk zijn, dus in het genoom van de parasiet verankerd liggen.’
Afwijkend gedrag kan bovendien een neveneffect zijn van weefselschade of een afweerreactie. ‘Als de betrokken genen vooral helpen om het immuunsysteem te bestrijden of voedsel uit de gastheer te halen, zijn ze niet noodzakelijk voor gedragsmanipulatie geëvolueerd’, legt Poulin uit. ‘Een molecuul dat een specifiek moleculair doelwit of een neurale signaalroute beïnvloedt, maakt de zaak overtuigender.’
Bewijs
Ook zonder moleculair bewijs kan timing veelzeggend zijn. Poulin noemt haarwormen, die pas naar water moeten wanneer ze volwassen zijn. Precies dan laat de parasiet zijn krekelgastheer het water ingaan. ‘Zou dat gebeuren wanneer de worm nog piepklein is, dan past het eerder bij een bijeffect. Maar de verandering verschijnt hier precies wanneer de parasiet klaar is om naar buiten te komen.’
Bij Ophiocordyceps vond hij het bewijs al overtuigend voordat onderzoekers genexpressie konden meten. ‘Het gaat niet om een mier die 10 procent meer of minder van normaal gedrag laat zien. Ze klimt, bijt zich vast en sterft daar vlak voordat de schimmel uit haar lichaam groeit en sporen gaat verspreiden. Dat kan moeilijk het product van toeval zijn. Natuurlijke selectie moet die onderdelen stap voor stap hebben samengebracht.’ Volgens Poulin zijn honderden systemen als manipulatie bestempeld, ‘maar misschien slechts een handvol waarbij zo veel verschillende soorten bewijs samenkomen’.
Dat Ophiocordyceps zijn gastheer manipuleert, staat daarmee nauwelijks nog ter discussie. De volgende vraag is hoe de schimmel dat lichamelijk en moleculair voor elkaar krijgt. Onderzoek aan een verwante zombiemierschimmel liet met driedimensionale microscopie zien dat de schimmel uitgebreide netwerken rond de spieren vormt, terwijl in het brein tijdens de manipulatiefase geen schimmelcellen werden aangetroffen (PNAS, 2017). Tijdens de death grip bleken de kaakspieren sterk samengetrokken, terwijl motorische zenuwen en neuromusculaire verbindingen grotendeels behouden leken (Journal of Experimental Biology, 2019).
Mogelijk beperkt Ophiocordyceps tijdens de manipulatiefase juist actief een deel van de schade aan het mierenbrein
Dat patroon past niet bij een schimmel die het brein simpelweg binnengroeit of het zenuwstelsel lukraak vernietigt. Mogelijk beperkt Ophiocordyceps tijdens de manipulatiefase juist actief een deel van de schade aan het mierenbrein. In gemanipuleerde mieren vonden onderzoekers sterk verhoogde concentraties van het antioxidatieve ergothioneïne; bij een Beauveria-infectie ontbrak die verhoging (Journal of Insect Physiology, 2019). Een latere multiomicsstudie wees daarnaast op mogelijke neurobeschermende rollen voor kynureenzuur en carnosine (Scientific Reports, 2023). Zo houdt de schimmel mogelijk belangrijk zenuwweefsel langer bruikbaar terwijl hij de kaakspieren zwaar aantast.
‘Als de gedragsverandering alleen zou ontstaan doordat een schimmel willekeurig weefsel beschadigt, zou je verwachten dat het veel minder precies gebeurt’, zegt De Bekker. ‘Juist die precisie laat ons denken dat er op moleculair vlak van alles gebeurt en dat het niet zomaar destructie van weefsel is.’
Met genomics, transcriptomics en metabolomics speurt haar onderzoeksgroep naar de moleculen waarmee de schimmel dat voor elkaar krijgt. ‘Daarmee krijg je eerst vooral een lange lijst verdachten’, legt De Bekker uit. ‘Je ziet dat een gen tijdens de manipulatie sterk wordt aangezet, maar nog niet of het gedrag daardoor ontstaat.’
Schimmeleiwitten
Om die lange kandidatenlijst te verfijnen, vergeleken De Bekker en collega’s onder meer twee gespecialiseerde schimmel-mierparen (G3: Genes, Genomes, Genetics, 2020). De twee gespecialiseerde Ophiocordyceps-soorten manipuleren ieder een andere mierengastheer en zijn niet elkaars naaste verwanten. Overeenkomstige patronen in genactiviteit tijdens de manipulatiefase zijn daardoor interessante kandidaten voor een gedeeld mechanisme. Zo kwamen onder meer mogelijke effectors in beeld – uitgescheiden schimmeleiwitten en andere stoffen die processen in de gastheer kunnen beïnvloeden. In de mieren veranderde bovendien de activiteit van genen die betrokken zijn bij geurwaarneming, dagelijkse ritmes, voeding en neuronale functies.
Eén kandidaat uit die lange lijst hebben De Bekker en collega’s inmiddels gevolgd van schimmeleiwit tot moleculair doelwit en veranderd gedrag bij de mier: het kleine, cysteïnerijke scramblase-bindende peptide, SBP. Het bijbehorende gen is nauwelijks actief wanneer de schimmel zelfstandig groeit, maar wordt tijdens het gemanipuleerde klimmen sterk aangezet. Het peptide bleek te binden aan scramblase-1, een membraaneiwit waarvan verwante vormen in zenuw- en zintuigweefsel betrokken zijn bij signaaloverdracht. Daardoor werd SBP ook interessant als mogelijke veroorzaker van veranderingen in geurwaarneming en sociaal gedrag.
Omdat genetische experimenten in mieren en Ophiocordyceps-schimmels lastig zijn, gebruikte het team eerst de modelworm Caenorhabditis elegans. Daar werden SBP en scramblase-1 in hetzelfde zenuw- en zintuigweefsel aangetroffen en veroorzaakte het peptide meetbare veranderingen in de motoriek. Met SBP behandelde mieren meden citronella minder, maakten minder antennecontact en clusterden minder met nestgenoten.
De Bekker en collega’s onderdrukten daarnaast het gen dat in de mier codeert voor scramblase-1. Ook die dieren reageerden minder sterk op citronella. Dat beide ingrepen de reactie op citronella verzwakten, ondersteunt de hypothese dat deze moleculaire route betrokken is bij de veranderde geurwaarneming. De effecten van SBP op antennecontact en clustering wijzen er bovendien op dat het peptide kan bijdragen aan de sociale ontkoppeling. De resultaten staan sinds september 2025 als nog niet collegiaal getoetste preprint op bioRxiv.
SBP is alleen nog geen zombieknop: het peptide laat mieren niet aantoonbaar klimmen of vastbijten en het gen is nog niet in de schimmel uitgeschakeld om te testen of de natuurlijke manipulatie dan verdwijnt. ‘We hebben nu een target aan de ene kant en een gedragsfenotype aan de andere’, zegt De Bekker. ‘Maar wat daartussen gebeurt, is nog een black box.’
Ze verwacht ook niet dat één molecuul de volledige gedragsreeks bestuurt. ‘Waarschijnlijk gebruikt de schimmel een cocktail van stoffen die op verschillende momenten aangrijpen op communicatie, de biologische klok, het zenuwstelsel en de spieren.’
De infectieproeven, timing en bijtplek hebben van de zombiemier een van de stevigste dossiers voor adaptieve manipulatie gemaakt. Het scramblase-bindende peptide opent nu een eerste moleculaire route binnen dat complexe gedrag. Hoe de schimmel vervolgens klok, zintuigen, zenuwweefsel en spieren tot één dodelijke reeks aaneenschakelt, is nog grotendeels onbekend.