Азиатская божья коровка использует биологическое оружие против европейских родственников

Популяции азиатской божьей коровки Harmonia axyridis, интродуцированной для биологической борьбы с вредителями, бесконтрольно растут в США и Европе с начала тысячелетия. Этот вид быстро размножается в Германии, и экологи опасаются, что он вытеснит местные виды жуков.

Ученые из Университета Гиссена и Института химической экологии Макса Планка в Йене (Германия) выяснили причину успеха этого насекомого. Помимо сильно антибиотического вещества — соединения под названием гармонин — и антимикробных пептидов, в его гемолимфе содержатся микроспоридии. Эти крошечные грибоподобные простейшие паразитируют в клетках организма и могут нанести хозяину огромный вред. Азиатская божья коровка, очевидно, устойчива к этим паразитам в собственном теле. Однако, будучи перенесенными на местные виды, микроспоридии могут быть смертельными.

Harmonia axyridis — модельный организм для изучения биологических инвазий

В конце прошлого века этот вид, родом из Китая и Японии, успешно использовался в европейских теплицах для контроля популяций тли: он может съедать сотни тлей в день, а также многих клопов или яйца насекомых. Однако сегодня этот «био-убийца» сбежал из теплиц и массово распространяется. Когда H. axyridis попадает в природу, она захватывает все места обитания, особенно занятые видами жуков, питающихся тлей. За очень короткое время местные жуки вытесняются, а захватчики берут верх.

Как и большинство видов божьих коровок, азиатская божья коровка рефлекторно выделяет жидкость из гемолимфы при атаке потенциальных врагов. Содержит ли гемолимфа секрет успеха H. axyridis?

Микроспоридии в гемолимфе Harmonia axyridis — ключ к успеху в конкуренции с местными видами

По сравнению с другими видами божьих коровок, гемолимфа H. axyridis содержит широкий спектр различных антибактериальных пептидов. Ученые изучили сложную иммунную систему насекомых и смогли выделить гены, кодирующие огромный антимикробный репертуар H. axyridis. Гемолимфа также содержит особое вещество — гармонин, обладающий сильным антибактериальным действием. Гармонин обнаружен только в гемолимфе H. axyridis, где он присутствует в изобилии.

Когда H. axyridis и ее родственник Coccinella septempunctata, обитающий в Германии, инфицируются патогенными бактериями, оба вида жуков производят антибактериальные пептиды. Однако азиатская божья коровка переключается с общей «гигиены» с помощью гармонина на эффективную защитную стратегию, основанную на десятках пептидов.

Божьи коровки конкурируют за общий источник пищи — тлю, но некоторые жуки также поедают друг друга. Это явление, называемое внутригильдейским хищничеством, является важным фактором в конкуренции среди хищных божьих коровок. H. axyridis может питаться местными божьими коровками без вредных последствий. Напротив, местные божьи коровки, которые питаются H. axyridis, погибают.

Ключевой эксперимент дал ответ на этот вопрос. Гемолимфа H. axyridis содержит, помимо гармонина и антимикробных пептидов, третий защитный компонент: крошечное биологическое оружие — микроспоридии. Эти споры позволяют захватчику заражать другие виды жуков, главным образом потому, что среди божьих коровок распространено хищничество на яйцах и личинках других видов.

В эксперименте ученые сначала ввели гармонин местным божьим коровкам C. septempunctata, чтобы установить, вредит ли это химическое вещество насекомым. На самом деле, инъекция гемолимфы или очищенных микроспоридий от H. axyridis имела летальные последствия. Высокое разрешение микроскопа показало бесчисленные крошечные споры в гемолимфе азиатской божьей коровки, которые были даже меньше гемоцитов. Споры микроспоридий «прорастают» и атакуют клетки C. septempunctata; однако они не прорастают в H. axyridis. Азиатская божья коровка может обезвреживать это биологическое оружие в собственной гемолимфе, но споры активируются, как только попадают в гемолимфу других видов жуков.

Очень сильный иммунитет H. axyridis против патогенов и действие микроспоридий могут объяснить экологический успех азиатского захватчика, который продолжает вытеснять местные виды по всей Европе. Теперь исследователи заинтересованы в том, чтобы выяснить, как H. axyridis может обезвреживать микроспоридии в собственной гемолимфе.