Черви образуют живые башни в природе для переезда в новые места обитания

Нематоды — самые многочисленные животные на Земле, но когда наступают трудные времена, этим крошечным червям сложно переместиться вверх и наружу. Поэтому они используют силу своего клана. Если еда заканчивается и конкуренция обостряется, они сползаются к своим многочисленным сородичам. Они взбираются друг на друга, пока их тела не образуют живую башню, которая тянется вверх, чтобы поймать попутку на проходящем животном и отправиться на более зеленые и просторные пастбища.

По крайней мере, так предполагали ученые. Десятилетиями эти структуры червей были скорее мифическими, чем реальными. Такие агрегации, когда животные соединяют тела для группового перемещения, редки в природе. Известно, что так перемещаются только слизевики, огненные муравьи и паутинные клещи. Для нематод никто не видел образования этих агрегаций — известных как башни — где-либо, кроме искусственных условий лабораторий и ростовых камер; и никто точно не знал, для чего они нужны. Существовали ли башни в реальном мире?

Теперь исследователи из Констанца (Германия) засняли на видео образование червями башен в упавших яблоках и грушах из местных садов. Команда из Института поведения животных Общества Макса Планка (MPI-AB) и Университета Констанца объединила полевые работы с лабораторными экспериментами, чтобы предоставить первые прямые доказательства того, что поведение по образованию башен происходит в природе и служит средством коллективного транспорта.

Статья опубликована в журнале Current Biology.

Природные башни

«Я была в восторге, когда впервые увидела эти природные башни», — говорит старший автор Серена Динг, руководитель группы в MPI-AB, о моменте, когда соавтор Райан Гринвей прислал ей видеозапись из поля. «Так долго природные червячные башни существовали только в нашем воображении. Но с правильным оборудованием и большим любопытством мы нашли их, скрывающимися на виду».

Гринвей, технический ассистент в MPI-AB, месяцами с цифровым микроскопом исследовал гниющие фрукты в садах возле университета, чтобы зафиксировать естественные случаи и поведение червячных башен. Некоторые из этих целых башен были доставлены в лабораторию.

То, что было внутри башен, удивило команду. Хотя в плодах кишело множество видов нематод, природные башни состояли только из одного вида, все на устойчивой личиночной стадии, известной как «дауэр».

«Башня нематод — это не просто куча червей, — говорит первый автор Даниэла Перес, постдокторант MPI-AB. — Это скоординированная структура, суперорганизм в движении».

Функция башен

Команда наблюдала, как природные дауэр-башни качаются в унисон, подобно тому, как отдельные нематоды встают на хвост, чтобы зацепиться за проходящее животное. Но новые данные показали, что целые червячные башни могут реагировать на прикосновение, открепляться от поверхностей и коллективно прикрепляться к насекомым, таким как плодовые мушки, — массово путешествуя автостопом в новые среды.

Чтобы глубже изучить это, Перес построила контролируемую башню, используя лабораторные культуры C. elegans. Когда червей поместили на агар без еды с небольшим вертикальным столбиком — щетинкой от зубной щетки — голодные черви начали самоорганизовываться. В течение двух часов появились живые башни, стабильные более 12 часов и способные протягивать исследовательские «руки» в окружающее пространство. Некоторые даже образовывали мосты через промежутки, чтобы достичь новых поверхностей.

«Башни активно ощущают и растут, — говорит Перес. — Когда мы касались их, они немедленно реагировали, вырастая в сторону стимула и прикрепляясь к нему».

Оказалось, что это поведение не ограничивается так называемой стадией «дауэр», наблюдаемой в диких образцах. Взрослые C. elegans и все личиночные стадии в лаборатории также образовывали башни — неожиданный поворот, который предполагает, что образование башен может быть более общей стратегией группового перемещения, чем считалось ранее.

Однако, несмотря на архитектурную сложность этих башен, черви внутри не проявляли очевидной ролевой дифференциации. Особи из основания и вершины были одинаково подвижны, плодовиты и сильны, что указывает на форму эгалитарного сотрудничества. Но пока только, как отмечают авторы, в контролируемых условиях лаборатории.

«C. elegans — это клоновая культура, поэтому логично, что внутри башни нет дифференциации. В природных башнях мы можем увидеть разный генетический состав и роли, что поднимает увлекательные вопросы о том, кто сотрудничает, а кто обманывает».

Пока исследователи стремятся понять, как развивается групповое поведение — от роев насекомых до миграций птиц — эти микроскопические червячные башни могут подняться, чтобы дать некоторые ответы.

«Наше исследование открывает совершенно новую систему для изучения того, как и почему животные перемещаются вместе», — говорит Динг, которая руководит исследовательской программой по поведению и генетике нематод.

«Используя генетические инструменты, доступные для C. elegans, у нас теперь есть мощная модель для изучения экологии и эволюции коллективного расселения».