Клуб синхронного рытья

Наталья Резник

Ната­лья Рез­ник

Кол­лек­тив­ным пове­де­ни­ем насе­ко­мых нико­го сей­час не уди­вишь, одна­ко от дро­зо­фи­лы мы тако­го не ожи­да­ли. А личин­ки Drosophila melanogaster, ока­зы­ва­ет­ся, коор­ди­ни­ру­ют свои дей­ствия во вре­мя еды и полу­ча­ют от это­го зна­чи­тель­ные пре­иму­ще­ства.

Еда — чуть ли не основ­ное заня­тие личин­ки, к кото­ро­му она при­сту­па­ет, едва вылу­пив­шись из яйца. За четы­ре дня ей нуж­но уве­ли­чить вес в 200 раз. Что­бы опти­ми­зи­ро­вать про­цесс, сэко­но­мив энер­гию, необ­хо­ди­мую для погло­ще­ния и измель­че­ния кор­ма, личин­ка выде­ля­ет пище­ва­ри­тель­ные фер­мен­ты, раз­мяг­ча­ю­щие тка­ни пло­да, на кото­ром она живет, или пита­тель­ную сре­ду в про­бир­ке. Полу­жид­кий корм име­ет еще одно важ­ное пре­иму­ще­ство: в него мож­но зарыть­ся, спря­тав­шись от сол­неч­ных лучей, хищ­ни­ков или ос-пара­зи­то­и­дов, кото­рые норо­вят отло­жить свои яйца в неж­ное тело личин­ки.

Дви­га­ясь, личин­ка не пре­кра­ща­ет питать­ся, так как с каж­дым мышеч­ным сокра­ще­ни­ем она загла­ты­ва­ет кусо­чек пищи. Глу­би­на погру­же­ния опре­де­ля­ет­ся воз­мож­но­стью дышать. На зад­нем кон­це тела личин­ки рас­по­ло­же­ны дыха­тель­ные тру­боч­ки, и к ним дол­жен посту­пать воз­дух. Зары­ва­ясь в корм, она выка­пы­ва­ет коло­дец, стен­ки кото­ро­го через неко­то­рое вре­мя обва­ли­ва­ют­ся. Тогда личин­ке при­хо­дит­ся давать зад­ний ход и начи­нать всё сна­ча­ла.

Чем шире коло­дец, тем реже он осы­па­ет­ся; рытье будет более без­опас­ным и эффек­тив­ным, если дей­ство­вать не в оди­ноч­ку, а сооб­ща рыть боль­шую яму. Имен­но так и посту­па­ют личин­ки дро­зо­фи­лы, когда их мно­го: они объ­еди­ня­ют­ся в груп­пы, кото­рые уче­ные назва­ли кла­сте­ра­ми, и зака­пы­ва­ют­ся в корм. Кла­сте­ры сохра­ня­ют­ся, пока не пре­кра­тит­ся доступ воз­ду­ха (рис. 1).

Рис. 1. Личинки Drosophila melanogaster образуют кластер в пробирке с кормом. Его размягченный слой — более темного цвета. Личинки висят вниз головой, дыхательные трубочки торчат в воздушной полости (слева). Кластер может существовать много часов, но быстро распадается, когда прекращается доступ воздуха (справа) [1]

Рис. 1. Личин­ки Drosophila melanogaster обра­зу­ют кла­стер в про­бир­ке с кор­мом. Его раз­мяг­чен­ный слой — более тем­но­го цве­та. Личин­ки висят вниз голо­вой, дыха­тель­ные тру­боч­ки тор­чат в воз­душ­ной поло­сти (сле­ва). Кла­стер может суще­ство­вать мно­го часов, но быст­ро рас­па­да­ет­ся, когда пре­кра­ща­ет­ся доступ воз­ду­ха (спра­ва) [1]

Этим фено­ме­ном как при­ме­ром коопе­ра­тив­но­го пове­де­ния заин­те­ре­со­ва­лись спе­ци­а­ли­сты Вир­гин­ско­го уни­вер­си­те­та (США) под руко­вод­ством про­фес­со­ра Бар­ри Кон­дро­на (Barry Condron). Наблю­дая за личин­ка­ми, уче­ные при­шли к выво­ду, что для коор­ди­на­ции дей­ствий им необ­хо­ди­мы зре­ние и опыт [1].

В лабо­ра­то­рии личин­ки живут в про­бир­ках, на дно кото­рых налит слой плот­ной пита­тель­ной сре­ды. Вылу­пив­шись, они пол­за­ют по слою кор­ма, разыс­ки­вая друг дру­га. В этих поис­ках им помо­га­ет феро­мон — две длин­но­це­по­чеч­ные жир­ные кис­ло­ты [2]. Собрав­шись вме­сте, они обра­зу­ют кла­стер — груп­пу, в кото­рой боль­ше четы­рех осо­бей, зарыв­ших­ся в корм более чем на поло­ви­ну тела. Обыч­но кла­стер в про­бир­ке состо­ит из 10–100 личи­нок.

Феро­мон слу­жит личин­кам ори­ен­ти­ром, но не побуж­да­ет их друж­но зака­пы­вать­ся в корм. В син­хро­ни­за­ции дей­ствий долж­ны участ­во­вать какие-то орга­ны чувств. Обо­ня­ние и вкус уче­ные не тести­ро­ва­ли, зато про­ве­ри­ли, как фор­ми­ру­ют кла­сте­ры личин­ки мутант­ных линий, лишен­ных све­то- или меха­но­чув­стви­тель­но­сти. Ока­за­лось, что мутан­ты тоже обра­зу­ют кла­сте­ры, но не так эффек­тив­но, как личин­ки дико­го типа. Эффек­тив­ность кла­сте­ри­за­ции опре­де­ля­ли по чис­лу объ­еди­нив­ших­ся осо­бей и по сред­ней глу­бине, на кото­рую они зары­ва­лись.

Нор­маль­ные личин­ки, кото­рые рос­ли в пол­ной тем­но­те, тоже испы­ты­ва­ли про­бле­мы с кла­сте­ри­за­ци­ей, что поз­во­ли­ло сде­лать вывод о важ­но­сти зре­ния для команд­ной рабо­ты. При­чем тем­но­та не пре­пят­ство­ва­ла рою­щей актив­но­сти личи­нок как тако­вой, она меша­ла толь­ко кла­сте­ри­за­ции.

Обыч­ные лабо­ра­тор­ные про­бир­ки, в кото­рых живут мухи и личин­ки, ока­за­лись неудоб­ны­ми для наблю­де­ния, посколь­ку в них был виден толь­ко один ряд личи­нок, бли­жай­ший к стен­ке, и все кла­сте­ры было невоз­мож­но учесть. Поэто­му уче­ные устро­и­ли реа­ли­ти-шоу «За стек­лом», залив корм меж­ду дву­мя стек­ла­ми. В этот «сэнд­вич» поме­ща­ли по 30 личи­нок и наблю­да­ли за их пове­де­ни­ем.

Рис. 2. Кластеры личинок дрозофилы на плоском слое корма [1]

Рис. 2. Кла­сте­ры личи­нок дро­зо­фи­лы на плос­ком слое кор­ма [1]

Наблю­де­ния под­твер­ди­ли, что личин­ки очень быст­ро фор­ми­ру­ют кла­сте­ры (рис. 2), но лишен­ные фото­ре­цеп­то­ров мутан­ты обра­зо­вы­ва­ли мень­ше кла­сте­ров и рыли не так глу­бо­ко, как здо­ро­вые осо­би. Одна­ко если кла­стер мутан­тов всё же сфор­ми­ро­вы­вал­ся, то он суще­ство­вал столь­ко же, сколь­ко объ­еди­не­ние зря­чих личи­нок. При этом личин­ки не про­сто рыли рядом, а син­хро­ни­зи­ро­ва­ли свое пове­де­ние — чав­ка­ли в такт, дви­га­лись стро­ем.

Что поз­во­ля­ло им это делать? Воз­мож­но, меха­но­ре­цеп­ция — «чув­ство лок­тя», помо­гав­шее даже незря­чим осо­бям обра­зо­вы­вать кла­сте­ры. Но основ­ную роль, без­услов­но, игра­ло зре­ние. Фото­ре­цеп­то­ры личи­нок в состо­я­нии зафик­си­ро­вать пере­ме­ще­ние гра­ни­цы кор­ма или изме­не­ние осве­щен­но­сти, кото­рое созда­ва­ли дви­га­ю­щи­е­ся сосе­ди. Одна­ко спо­соб­ность к син­хро­ни­за­ции у личи­нок не явля­ет­ся пол­но­стью врож­ден­ной, они при­об­ре­та­ют соот­вет­ству­ю­щий навык в про­цес­се раз­ви­тия.

Недав­но Бар­ри Кон­дрон и его кол­ле­ги обна­ру­жи­ли, что суще­ству­ет кри­ти­че­ский пери­од раз­ви­тия, в кото­рый личин­ки учат­ся рас­по­зна­вать себе подоб­ных [3]. Если в это вре­мя, со вто­ро­го до сере­ди­ны тре­тье­го воз­рас­та, выра­щи­вать их в изо­ля­ции, а потом сса­дить вме­сте, объ­еди­нить­ся они не смо­гут. К сход­но­му эффек­ту при­ве­дет и раз­ви­тие в пол­ной тем­но­те. А если взять личин­ку, выра­щен­ную в оди­но­че­стве, в тем­но­те или сле­пую, и под­са­дить ее к груп­пе «пол­но­цен­ных» осо­бей, она не вольет­ся в кол­лек­тив.

Иссле­до­ва­те­ли отме­ча­ют, что кла­стер — свое­об­раз­ный закры­тый клуб. Ника­кой лодырь не смо­жет вос­поль­зо­вать­ся уси­ли­я­ми его чле­нов. Клуб живет по прин­ци­пу: «Кто не рабо­та­ет, тот не ест».

Было пока­за­но, что бла­го­да­ря зре­нию и обу­че­нию личин­ки дро­зо­фи­лы коопе­ри­ру­ют­ся для сов­мест­но­го рытья, кото­рое поз­во­ля­ет им и эффек­тив­но кор­мить­ся, и защи­щать­ся от вра­гов и внеш­них усло­вий. Авто­ры рабо­ты отме­ча­ют, что вклад меха­но­сен­сор­ных систем в обра­зо­ва­ние кла­сте­ров еще пред­сто­ит выяс­нить.

Инте­рес­но, что свое мне­ние на этот счет пред­ста­ви­ли и дру­гие экс­пер­ты: Мэттью Лью­ис (Matthieu Louis), руко­во­ди­тель груп­пы в Цен­тре геном­ной регу­ля­ции Бар­се­лон­ско­го инсти­ту­та нау­ки и тех­ни­ки и доцент Кали­фор­ний­ско­го уни­вер­си­те­та в Сан­та-Бар­ба­ре (США), и его пор­ту­галь­ский кол­ле­га Гон­са­ло де Пола­вия (Gonzalo de Polavieja) из Цен­тра иссле­до­ва­ния неиз­вест­но­го — Фон­да Шам­по­ли­мо [4]. Они вспом­ни­ли о рабо­те про­фес­со­ра Киот­ско­го уни­вер­си­те­та (Япо­ния) Ёси­ки Кура­мо­то (Yoshiki Kuramoto), кото­рый в 1984 году пред­ло­жил модель, объ­яс­ня­ю­щую кол­лек­тив­ное пове­де­ние как вза­и­мо­дей­ствие сла­бо свя­зан­ных осцил­ля­ций.

Соглас­но этой моде­ли каж­дая особь стре­мит­ся подо­гнать часто­ту сво­их дей­ствий к сред­ней часто­те груп­пы, и, если раз­ни­ца меж­ду отдель­ны­ми часто­та­ми не слиш­ком вели­ка, а связь меж­ду чле­на­ми груп­пы доста­точ­но силь­на, осцил­ля­ции ста­но­вят­ся син­хрон­ны­ми. Пред­ло­жен­ная Кура­мо­то модель объ­яс­ня­ла друж­ные апло­дис­мен­ты в зри­тель­ном зале. А Бар­ри Кон­дрон с кол­ле­га­ми наблю­да­ли за пове­де­ни­ем личи­нок в трой­ках и обна­ру­жи­ли, что цен­траль­ная особь в этих трой­ках син­хро­ни­зи­ру­ет часто­ту сво­их мышеч­ных сокра­ще­ний с часто­той то лево­го, то пра­во­го сосе­да. Сле­до­ва­тель­но, связь сосе­дей по кла­сте­ру доста­точ­но силь­на.

Лью­ис и де Пола­вия пред­по­ла­га­ют, что каж­дая личин­ка, сокра­ща­ясь, про­из­во­дит сла­бые виб­ра­ции, ощу­ти­мые в пита­тель­ной сре­де. Дру­гие личин­ки вос­при­ни­ма­ют эти виб­ра­ции с помо­щью меха­но­ре­цеп­то­ров и син­хро­ни­зи­ру­ют часто­ту сокра­ще­ния соглас­но моде­ли Кура­мо­то.

По мне­нию иссле­до­ва­те­лей, было бы инте­рес­но про­ве­рить, все ли виды груп­пы Drosophila прак­ти­ку­ют сов­мест­ное рытье. Напри­мер, D. simulans, вид, близ­кий D. melanogaster, не про­яв­ля­ет склон­но­сти к агре­га­ции. Веро­ят­но, раз­ли­чия пред­опре­де­ле­ны гене­ти­че­ски, зна­чит, сле­ду­ет искать гены. Так что рабо­ты еще непо­ча­тый край.

Ната­лья Рез­ник

1. Dombrovski M., Poussard L., Moalem K., Kmecova L., Hogan N., Schott E., Vaccari A., Action S., Condron B. Cooperative behavior emerges amongst Drosophila larvae /​/​ Curr. Biol. 2017.27. P. 2821–2826. DOI: 10.1016/j.cub.2017.07.054

2. Mast J. D., De Moraes C. M., Alborn H. T., Lavis L. D., Stern D. L. Evolved differences in larval social behavior mediated by novel pheromones /​/​ eLife. 2014. 3. e04205. DOI: 10.7554/eLife.04205

3. Slepian Z., Sundby K., Glier S., McDaniels J., Nystrom T., Mukherje S., Acton, S. T., Condron B. Visual attraction in Drosophilalarvae develops during a critical period and is modulated by crowding conditions /​/​ J. Comp. Physiol. A. 2015. 201. P. 1019–1027. DOI: 10.1007/s00359-015‑1034-3

4. Louis M., de Polavieja G. CollectiveBehavior: Social Digging in Drosophila Larvae /​/​ Curr. Biol. 2017. 27. R1002–R1023. DOI: 10.1016/j.cub.2017.08.023

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

Один комментарий

  • Биолог:

    У личи­нок мух не тру­боч­ки, а дыхаль­ца (отвер­стия) на зад­нем кон­це и на перед­нем груд­ном сег­мен­те.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com