Симбиоз на почве спирта

Наталья Резник
Ната­лья Рез­ник

Что­бы вырас­тить хоро­ший уро­жай, нуж­но уни­что­жить сор­ня­ки, не повре­див при этом цен­ную куль­ту­ру. Реше­ние про­бле­мы пред­ла­га­ет совре­мен­ная био­тех­но­ло­гия: убий­ствен­ный гер­би­цид плюс устой­чи­вые к нему транс­ген­ные рас­те­ния. Одна­ко неко­то­рые виды жуков осво­и­ли эту тех­но­ло­гию за десят­ки мил­ли­о­нов лет до чело­ве­ка. Насе­ко­мые живут в про­спир­то­ван­ной сре­де, на кото­рой выра­щи­ва­ют устой­чи­вые к эта­но­лу гри­бы. Их и едят.

Наш герой — амбро­зи­е­вый жук Xylosandrus germanus (рис. 1). К амбро­зи­е­вым жукам отно­сят­ся око­ло 3400 видов коро­едов (Scolytinae) и 1400 видов плос­ко­хо­дов (Platypodinae). Свое назва­ние они полу­чи­ли бла­го­да­ря сим­би­о­зу с гри­ба­ми, в основ­ном аско­ми­це­та­ми, родов Ambrosiella и Raffaelea. Пред­ки этих гри­бов были когда-то сво­бод­ны­ми, но теперь рас­тут в гале­ре­ях, кото­рые жуки про­гры­за­ют в мяг­кой дре­ве­сине под самой корой. Там же оби­та­ют личин­ки и взрос­лые насе­ко­мые и пита­ют­ся гри­ба­ми.

Рис. 1. Жук-короед Xylosandrus germanus («Википедия»)
Рис. 1. Жук-коро­ед Xylosandrus germanus («Вики­пе­дия»)

Сам­цы X. germanus не лета­ют. Новое гнез­до осно­вы­ва­ет сам­ка и при­но­сит с собой спо­ры съе­доб­ных гри­бов, для это­го у нее на теле есть спе­ци­аль­ные рельеф­ные струк­ту­ры — микан­гии. Устра­и­вая гале­рею, сам­ка рас­се­ва­ет в ней при­не­сен­ные спо­ры и, пока они не про­рас­тут, не откла­ды­ва­ет яйца, пото­му что без гри­бов личин­ки погиб­нут.

К сожа­ле­нию, в гале­реи жуков попа­да­ют и «сор­ные» гри­бы, в том чис­ле Penicillium и Aspergillus. Они меша­ют росту гриб­но­го сада, и жукам при­хо­дит­ся защи­щать от них посе­вы. X. germanus обес­пе­чи­ва­ют полез­ным гри­бам изряд­ное стар­то­вое пре­иму­ще­ство, посколь­ку сам­ка при­но­сит с собой и высе­ва­ет очень боль­шое коли­че­ство спор. Кро­ме того, жуки выби­ра­ют для устрой­ства гнезд ослаб­лен­ные или мерт­вые дере­вья, тка­ни кото­рых содер­жат эта­нол. В неко­то­рых тка­нях здо­ро­вых дере­вьев спирт так­же при­сут­ству­ет, но в ослаб­лен­ных его боль­ше из-за нехват­ки кис­ло­ро­да, кото­рую испы­ты­ва­ют боль­ные рас­те­ния. На пер­вый взгляд подоб­ное пове­де­ние кажет­ся нера­ци­о­наль­ным, пото­му что эта­нол — анти­мик­роб­ный агент, кото­рый дол­жен вре­дить гриб­но­му ого­ро­ду. Тем не менее амбро­зи­е­вые жуки в поис­ках под­хо­дя­ще­го дере­ва ори­ен­ти­ру­ют­ся на запах эти­ло­во­го спир­та. В здо­ро­вых дере­вьях они не при­жи­ва­ют­ся, яйца не откла­ды­ва­ют, и гри­бы там не рас­тут.

Меж­ду­на­род­ная груп­па иссле­до­ва­те­лей из Соеди­нен­ных Шта­тов, Гер­ма­нии и Австра­лии убе­ди­лась в этом на опы­те. Уче­ные при­вле­ка­ли жуков пах­ну­щей эта­но­лом при­ман­кой на дерев­ца кизи­ла цве­ту­ще­го Cornus forida и баг­рян­ни­ка канад­ско­го Cercis canadensis [1]. Сам­ки охот­но лете­ли на запах, но селить­ся в здо­ро­вых ство­лах отка­зы­ва­лись. Тогда уче­ные ста­ли поли­вать рас­те­ния раз­ве­ден­ным спир­том раз­ной кон­цен­тра­ции, что­бы живи­тель­ная вла­га про­пи­та­ла дре­ве­си­ну. Дерев­ца были тон­кие, с диа­мет­ром ство­ла 2,5–4,0 см, поса­жен­ные в горш­ки, так что спир­та на экс­пе­ри­мент ушло разум­ное коли­че­ство. Рас­те­ния, кото­рые поли­ва­ли водой, жуков не инте­ре­со­ва­ли. Зато в дере­вьях, поли­тых 1%-, 2,5%- или 5%-ным рас­тво­ром эта­но­ла, они устра­и­ва­ли гале­реи, выра­щи­ва­ли гри­бы Ambrosiella grosmanniae и выво­ди­ли потом­ство. Чем кон­цен­три­ро­ван­нее был рас­твор спир­та, тем боль­ше ока­за­лось в дре­ве­сине гри­бов и личи­нок. Резуль­тат полу­чал­ся не хуже, чем в ослаб­лен­ных дере­вьях, засе­ля­е­мых жука­ми в есте­ствен­ных усло­ви­ях.

Рис. 2. Грибной сад Ambrosiella grosmanniae в искусственном субстрате [1]
Рис. 2. Гриб­ной сад Ambrosiella grosmanniae в искус­ствен­ном суб­стра­те [1]
Поли­вая рас­те­ния, мож­но про­спир­то­вать дре­ве­си­ну, но стан­дарт­но­го содер­жа­ния эта­но­ла в ней таким путем не полу­чить. И уче­ные изго­то­ви­ли искус­ствен­ный суб­страт из сме­си кизи­ло­вых опи­лок, ага­ра и соло­до­во­го экс­трак­та и доби­лись в нем опре­де­лен­ной кон­цен­тра­ции спир­та: 0; 0,1; 0,5; 1,0; 2,5 и 5%. Суб­страт закла­ды­ва­ли в пла­сти­ко­вые труб­ки и посе­ля­ли туда самок X. germanus. По мере роста кон­цен­тра­ции спир­та био­мас­са гри­бов и коли­че­ство личи­нок воз­рас­та­ли (рис. 2). Опти­маль­ной ока­за­лась кон­цен­тра­ция 2,5%. При более высо­ком содер­жа­нии эта­но­ла гри­бы и личин­ки рос­ли хуже, а в 5%-ном рас­тво­ре жить отка­за­лись.

Иссле­до­ва­те­ли убе­ди­лись, что сим­био­ти­че­ские гри­бы A. grosmanniae дей­стви­тель­но хоро­шо пере­но­сят спирт, посе­яв их на пита­тель­ную сре­ду с раз­ным содер­жа­ни­ем эта­но­ла. Гри­бы пре­крас­но себя чув­ство­ва­ли в при­сут­ствии 1–2% спир­та, одна­ко более высо­кая кон­цен­тра­ция им вре­дит (рис. 3). Ана­ло­гич­ную кар­ти­ну наблю­да­ли и для гри­бов A. roeperi и R. canadensis, живу­щих в сим­би­о­зе с дру­ги­ми вида­ми амбро­зи­е­вых жуков. При этом спирт не поз­во­ля­ет рас­ти сор­ным гри­бам — Aspergillus и Penicillium: уже при кон­цен­тра­ции 1% их био­мас­са рез­ко сни­жа­ет­ся.

Гри­бы-сим­бион­ты хоро­шо себя чув­ству­ют в при­сут­ствии эта­но­ла, пото­му что в их клет­ках рабо­та­ет систе­ма деток­си­ка­ции — фер­мент алко­голь­де­гид­ро­ге­на­за. В пени­цил-ловых гри­бах его актив­ность очень мала, в аспер­гил­ле фер­мен­та прак­ти­че­ски нет, вот сор­ня­ки и дох­нут. Кро­ме того, Ambrosiella исполь­зу­ют эта­нол как суб­страт. Неуди­ви­тель­но, что жуки летят на запах спир­та, кото­рый удоб­ря­ет их гриб­ной садик и при этом уни­что­жа­ет сор­ня­ки. Такой вот, с поз­во­ле­ния ска­зать, «Раун­дап».

Амбро­зи­е­вые гри­бы не един­ствен­ные мик­ро­ор­га­низ­мы, кото­рые могут питать­ся спир­том. Это дела­ют неко­то­рые бак­те­рии (Acinetobacter spp., Pseudomonas aeruginosa), мно­гие дрож­жи и рас­ту­щий на дере­вьях опе­нок осен­ний Armillaria mellea. Одна­ко сим­бион­ты жука эта­нол не толь­ко обез­вре­жи­ва­ют и исполь­зу­ют, они его син­те­зи­ру­ют, как и мно­гие дру­гие спир­ты. На такое спо­соб­ны лишь несколь­ко видов дрож­жей. Неуди­ви­тель­но, что устой­чи­вые к эта­но­лу дрож­жи пре­крас­но себя чув­ству­ют в про­спир­то­ван­ных гриб­ных садах.

Рис. 3. Грибы — симбионты жуков прекрасно чувствуют себя в спиртовой среде [1]
Рис. 3. Гри­бы — сим­бион­ты жуков пре­крас­но чув­ству­ют себя в спир­то­вой сре­де [1]
В свою оче­редь, амбро­зи­е­вые жуки не един­ствен­ные насе­ко­мые, кото­рые раз­во­дят гри­бы. Этим же зани­ма­ют­ся, напри­мер, тер­ми­ты и муравьи. Они так­же стал­ки­ва­ют­ся с про­бле­мой гри­бов-вре­ди­те­лей, но реша­ют ее с помо­щью анти­био­ти­ков. Для это­го им при­хо­дит­ся при­вле­кать сим­био­ти­че­ские бак­те­рии, кото­рые эти анти­био­ти­ки син­те­зи­ру­ют.

Так, муравьи-листо­ре­зы Apterostigma dentigerum носят на гру­ди бак­те­рии Pseudonocardia sp., выде­ля­ю­щие анти­био­тик ден­ти­ге­ру­ми­цин. Этих бак­те­рий столь­ко, что на мура­вьи­ных покро­вах они вид­ны нево­ору­жен­ным гла­зом как бело­ва­тый налет. Авто­ры иссле­до­ва­ния пред­по­ло­жи­ли, что анти­био­тик подав­ля­ет рост пара­зи­ти­че­ских гри­бов Escovopsis sp. [2].Правда, соглас­но дру­гим дан­ным, дей­ствие ден­ти­ге­ру­ми­ци­на не спе­ци­фич­но, гриб­ным посад­кам он тоже вре­дит, поэто­му муравьи, ско­рее все­го, исполь­зу­ют этот анти­био­тик для очист­ки гнез­да или защи­ты насе­ко­мых от инфек­ции, но не для про­пол­ки [3].

Амбро­зи­е­вые жуки избав­ле­ны от необ­хо­ди­мо­сти раз­во­дить бак­те­рий, пото­му что пра­виль­но выбра­ли сре­ду оби­та­ния. Впро­чем, никто не гово­рит, что бак­те­рий там нет. Мно­гие из гри­бов, сосед­ству­ю­щих с амбро­зи­е­вы­ми жука­ми, устой­чи­вы к фун­ги­ци­ду цик­ло­гек­си­ми­ду, что может сви­де­тель­ство­вать о нали­чии мик­ро­бов, кото­рые его син­те­зи­ру­ют. Мно­гие бак­те­рии выде­ля­ют анти­био­ти­ки в стрес­со­вых усло­ви­ях, сле­до­ва­тель­но, эта­нол — ток­сич­ное, стрес­си­ру­ю­щее веще­ство — еще и мик­роб­ную защи­ту сти­му­ли­ру­ет. Так что жизнь в про­спир­то­ван­ной сре­де име­ет мно­же­ство пре­иму­ществ, кото­ры­ми жуки могут поль­зо­вать­ся, пото­му что и сами к эта­но­лу устой­чи­вы.

Ната­лья Рез­ник

1. Ranger C. M. et al. Symbiont selection via alcohol benefits fungus farming by ambrosia beetles /​/​ Proc Natl Acad Sci USA. 2018. 115. P. 4447—4452. doi: 10.1073/pnas.1716852115

2. Oh D.-Ch., Poulsen M., Currie C. R., Clardy J. Dentigerumycin: a bacterial mediator of an ant-fungus symbiosis /​/​ Nat Chem Biol. 2009. 5, 6. P. 391–393. doi: 10.1038/nchembio.159

3. Sen R. et al. Generalized antifungal activity and 454-screening of Pseudonocardia and Amycolatopsis bacteria in nests of fungus-growing ants /​/​ Proc Natl Acad Sci USA. 2009. 106. P. 17805—17810. doi: 10.1073/pnas.0904827106

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

Связанные статьи

Добавить комментарий

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

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: