Токсины или лекарства? Цианобактериальные токсины защищают мелких обитателей озёр от паразитов

Цветение цианобактерий (сине-зелёных водорослей) в западной части озера Эри каждое лето не только создаёт неудобства, но и представляет опасность для здоровья, производя токсины, вредные для печени человека и животных.

Однако, согласно новому исследованию экологов из Мичиганского университета, эти токсины могут также оказывать защитное действие на крошечных озёрных животных, которые их потребляют. Это похоже на то, как токсины молочая защищают бабочек-монархов от паразитов.

Лабораторное исследование показывает, что мелкие ракообразные Daphnia (водяные блохи) могут получить защиту от грибковых паразитов, потребляя токсины, производимые цветущими цианобактериями. Daphnia играют ключевую роль в пресноводных пищевых сетях и служат важным кормом для многих рыб.

Исследователи планируют последующие работы, чтобы проверить, наблюдается ли такой же защитный эффект в естественных озёрах, а также изучить потенциал разработки противогрибковых препаратов для человека на основе этих соединений.

Исследование опубликовано 15 января в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Параллель с монархами

"Это удивительная водная параллель с бабочками-монархами, которые получают защиту от своих паразитов от токсинов в молочае. Это говорит о том, что самолечение животных может быть ещё более распространённым, чем мы думали, распространяясь и на водную среду", — говорит эколог Марк Хантер.

Экспериментальные данные

В лаборатории Daphnia dentifera (обычный травоядный вид в североамериканских озёрах) кормили одним из восьми видов зелёных водорослей или цианобактерий, различающихся по питательности и выработке токсинов.

• Среди цианобактерий использовался род Microcystis — основная причина ежегодного цветения в озере Эри, некоторые виды которого производят гепатотоксины микроцистины. В часть культур Microcystis добавляли чистый микроцистин для имитации уровней токсина во время цветения.
• Затем Daphnia подвергали воздействию одного распространённого грибкового и одного бактериального паразита.

Результаты

• Противогрибковая активность: Рацион оказал значительное влияние на заражение грибковым паразитом.
  • Два рациона с цианобактериями, включая вариант с добавлением чистого микроцистина, полностью предотвратили грибковые инфекции.
  • Рацион из Microcystis без добавок привёл к очень низкому уровню заражения.
  • Инфекции также полностью предотвращались при питании зелёной водорослью Chlorella.
  • В целом, четыре из девяти вариантов рациона показали сильную противогрибковую активность.
• Бактериальный паразит: Ни один из рационов не предотвратил заражение бактериальным паразитом.
• Питательность: Незаражённые Daphnia, питавшиеся зелёными водорослями, производили в 2–3 раза больше потомства, чем те, что ели цианобактерии, что подтверждает более высокую питательную ценность водорослей.

Будущие исследования и значение

Учёные планируют искать доказательства самолечения Daphnia в природе (предпочтительного поедания токсичных цианобактерий для снижения риска болезни) и детально изучать противомикробные свойства трёх токсинов, показавших активность: микроцистин-LR, анатоксин-а и хлореллин.

Исследование имеет широкие экологические последствия, поскольку глобальное потепление, как ожидается, увеличит частоту цветения цианобактерий в некоторых регионах. Это может изменить динамику заболеваний у Daphnia, что, в свою очередь, повлияет на озёрные пищевые сети, где эти рачки являются ключевыми фильтраторами.