Морские черви начинают метаморфоз под действием бактериального соединения
Личинки большинства донных морских беспозвоночных (губок, кораллов, червей, устриц) плавают в океане, прежде чем осесть на дно и превратиться во взрослые особи. Новое исследование, опубликованное в PNAS под руководством учёных Гавайского университета, показало, что крупная сложная молекула липополисахарид, вырабатываемая бактериями, заставляет личинок морских трубчатых червей Hydroides elegans оседать на морское дно и начинать сложный процесс метаморфоза.
«Это важная веха в понимании факторов, определяющих, где оседают и претерпевают метаморфоз личинки донных беспозвоночных», — говорит Майкл Хадфилд, ведущий автор статьи. — «Это ключ к пониманию того, как формируются и поддерживаются донные сообщества на всех поверхностях под солёной водой, то есть на 71% поверхности Земли».
Большинство личинок беспозвоночных могут оставаться в личиночной стадии долгое время, пока не найдут подходящее место. Исследовательская группа под руководством Марни Фреклтон задалась вопросом: как «правильные места» дают личинкам сигнал к оседанию и метаморфозу?
Метаморфоз — это радикальное изменение формы животного: от мелкой плавающей личинки до прикреплённого ко дну организма с совершенно иной анатомией. Хотя было известно, что биоплёнки (тонкие слои бактерий, диатомей и мелких водорослей, покрывающие погружённые поверхности) индуцируют метаморфоз у многих морских личинок, механизм этого процесса оставался малоизученным.
В лабораторных экспериментах с личинками трубчатых червей выяснилось, что они не оседают на чистые поверхности. Им требовался сигнал от поверхностной биоплёнки.
Команда выделила один вид бактерий, Cellulophaga lytica, биоплёнка которого могла индуцировать оседание личинок червей. Затем исследователи задались вопросом: что именно в этой бактерии вызывает оседание и метаморфоз?
С помощью серии ферментативных экспериментов были исключены белковые соединения бактерий как потенциальные индукторы. Затем учёные исследовали различные липидсодержащие соединения и идентифицировали триггер — липополисахарид, который формирует внешнюю оболочку большинства морских бактерий.
Изучив бактериальные сообщества биоплёнок из разных мест обитания, исследователи обнаружили, что хотя в любой данной морской среде биоплёнка состоит из тысяч видов бактерий, их состав сильно варьируется от места к месту.
«У нас есть разные штаммы одного и того же вида бактерий, полученные из залива Канеохе и Перл-Харбора, и личинки Hydroides оседают только в ответ на штамм из Перл-Харбора», — отмечает Хадфилд. — «Более того, мы обнаружили, что личинки коралла Pocillopora damicornis, которого много в заливе Канеохе, оседают только в ответ на штамм бактерий из этого залива. Это прорыв, потому что он говорит нам о специфичности определённых бактерий, которые направляют и поддерживают сообщество животных в местах их обитания».
Это открытие может помочь в решении ряда практических задач:
Восстановление коралловых рифов.
Марикультура моллюсков (устриц, мидий) и, возможно, креветок и крабов.
Биообрастание корпусов судов, на борьбу с которым военно-морские силы и судоходная отрасль ежегодно тратят миллиарды долларов.
«Надеюсь, мы сможем помочь этим усилиям, обнаружив бактериальные молекулы (вероятно, липополисахариды), которые направляют оседание выращенных в лаборатории кораллов на уязвимых участках рифов или личинок устриц в таких местах, как Перл-Харбор, чтобы использовать их фильтрующую способность для очистки вод», — говорит Хадфилд. — «Кроме того, наше исследование может внести непосредственный вклад в разработку покрытий для корпусов судов, устойчивых к биообрастанию».