Смертельное оружие, меняющее поведение, обнаружено в химической гонке вооружений мира насекомых

Учёные, исследующие одну из загадок мира насекомых, идентифицировали мощное химическое оружие, используемое в гонке вооружений между муравьями-листорезами, выращивающими грибы, и паразитами, которые их поражают.

Существование этого химического оружия, изменяющего поведение, было обнаружено, когда исследователи из Университета Восточной Англии и Центра Джона Иннеса изучали феномен краха колонии — когда обычно внимательные и высокоэффективные муравьи-фермеры внезапно бросают свои ухоженные сады.

• Муравьи-листорезы — наиболее высокоразвитые из муравьёв-грибоводов (Attini), они чрезвычайно распространены в Латинской Америке. Их навыки садоводства, которые эволюционировали около 60 миллионов лет назад, хорошо известны. Их личинки питаются только специализированным грибом, который муравьи культивируют, используя мульчу из пережёванных листьев.
• Фермы листорезов поражает специализированный грибной паразит Escovopsis, который коэволюционировал, чтобы питаться их грибным запасом. Муравьи выращивают на своих телах биоплёнки специализированных бактерий, которые производят противогрибковые соединения для контроля инфекций Escovopsis. Если колония испытывает стресс, паразит может подавить всю грибную ферму, что приведёт к краху колонии.

Работая с партнёрами из Центра социальной эволюции в Дании и Института исследований природных продуктов и биологии инфекций Лейбница в Йене (Германия), команда взяла образцы пищевого гриба из колоний листорезов, собранных в Панаме, и заразила их паразитом.

Исследователи смогли идентифицировать два семейства молекул, которые вырабатывались в высоких концентрациях патогеном Escovopsis, и протестировали их против бактерий биоконтроля, растущих на телах муравьёв.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что первая молекула способна убивать антибиотикопродуцирующие бактерии на телах муравьёв, а вторая также работает на изменение поведения муравьёв. Под её влиянием муравьи переставали ухаживать за грибным садом, убегали и в конечном итоге погибали при продолжении воздействия.

Считается, что механизм схож с тем, который использует совершенно другой гриб, поражающий так называемых «муравьёв-зомби», наблюдаемых в бразильских и тайских тропических лесах.

«Мы думаем, что патоген Escovopsis всегда присутствует в гнёздах или вокруг них и сдерживается постоянным уходом муравьёв и их химической защитой. Но когда происходит что-то необычное — засуха или другие изменения окружающей среды — паразит может получить точку опоры и начать увеличивать уровни химических боевых соединений, которые вызывают изменения в поведении и снижают эффективность прополки муравьями в своих садах. С этого момента возникает эскалационная ситуация, которая приводит к появлению мёртвых муравьёв и захвату патогеном, так что оставшиеся муравьи в конечном итоге покидают гнездо», — сказал профессор Барри Уилкинсон из Центра Джона Иннеса.

Эти результаты могут помочь в понимании других вредных инвазивных муравьёв и потенциально предоставить методы для борьбы с муравьями-вредителями, такими как листорезы, без использования инсектицидов.

Есть также свидетельства того, что муравьи дают отпор. Предыдущая работа команды профессора Мэтта Хатчингса показала, что насекомые могут приобретать из почвы другие антибиотикопродуцирующие бактерии для атаки на паразита.

«Наши результаты согласуются с гонкой вооружений, движущей эволюцию оружия разрушения и защиты, где каждая сторона стремится к инновациям, чтобы сохранить преимущество», — сказал профессор Хатчингс.

Профессор Уилкинсон добавил: «Эта работа подчёркивает ключевую роль, которую природные продукты играют в динамике борьбы с вредителями в фермерских колониях муравьёв, и бесценна для помощи в нашем поиске новых антибиотиков на этой уникальной арене, где в долгосрочной перспективе ни одна сторона не может победить навсегда. Это может помочь нам в будущих исследованиях для решения кризиса устойчивости к противомикробным препаратам (УПП) в медицине человека».

Исследование «Химическая война между симбионтами муравьёв-листорезов и коэволюционировавшим патогеном» опубликовано в Nature Communications 7 июня 2018 года.