Паразит, опасный для человека, создаёт стерильных солдат как муравьи и термиты

Новое исследование учёных из Океанографического института Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружило, что крошечный пресноводный паразит, вызывающий проблемы со здоровьем у людей, защищает свои колонии с помощью класса солдат, которые не могут размножаться.

Открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, возводит этот вид паразитических плоских червей в ранг сложных животных обществ, таких как муравьи, пчёлы и термиты, которые также имеют отдельные классы рабочих и солдат, отказавшихся от размножения ради службы колонии.

Попадая в организм человека, обычно при употреблении сырой или недостаточно приготовленной рыбы, этот вид плоского червя, Haplorchis pumilio, может вызывать желудочно-кишечные проблемы, а в тяжёлых случаях — инсульт или сердечный приступ. Полная термическая обработка рыбы или её заморозка на срок не менее одной недели достаточно, чтобы убить трематод, согласно рекомендациям FDA.

Хотя конкретной статистики по Haplorchis pumilio нет, пищевые трематодные инфекции ежегодно приводят к потере 2 миллионов лет жизни с поправкой на инвалидность во всём мире.

В отличие от пчёл и термитов, колонии этого вида плоских червей находятся не под землёй и не в дупле дерева, а внутри тела живой улитки. Паразиты не убивают улитку, а годами откачивают из неё питательные вещества, производя свободноплавающих клонов, которые ищут рыбу — следующего хозяина в их сложном жизненном цикле.

«По сравнению с пчёлами или термитами, в лаборатории можно разместить гораздо больше колоний этих плоских червей», — сказал Райан Хечингер, эколог из Скриппса и старший автор исследования. — «Эти плоские черви могут стать бесценным инструментом для изучения фундаментальных вопросов социобиологии — например, "как развивается такая социальная организация?"»

В то время как у некоторых других видов этого класса паразитических плоских червей, называемых трематодами, также есть солдаты, у этих видов солдаты могут всё ещё содержать некоторую неактивную репродуктивную ткань, что предполагает возможность их размножения в будущем.

Это исследование является первым доказательством существования солдат трематод, настолько физически специализированных для своей задачи, что у них отсутствуют какие-либо репродуктивные ткани и они, по-видимому, навсегда не способны к размножению, сказал Хечингер.

Haplorchis pumilio образует гнездообразные колонии внутри пресноводной улитки Melanoides tuberculata, а затем заражает двух других последовательных хозяев в течение своего жизненного цикла — обычно рыбу и, наконец, теплокровное позвоночное. И трематода, и улитка родом из Африки и Южной Азии, но являются совместными инвазивными видами в Северной и Южной Америке, включая Калифорнию, Техас и Флориду.

Именно на стадии жизненного цикла трематоды, когда она образует колонию внутри улитки, исследователи обнаружили касту солдат. Солдаты защищают колонию от вторженцев — например, других паразитов — используя большой рот, создающий мощное всасывание, способное проделывать дыры во врагах и высасывать их внутренности.

«Эти черви хотят охранять свой дом», — сказал Дэн Метц, ведущий автор статьи и постдокторант Университета Небраски-Линкольна, проводивший это исследование во время своей докторской диссертации в Скриппсе. — «Другой паразит, заражающий их улитку, похож на кого-то, кто входит в ваш дом и угрожает вашей семье. Вы сделаете всё возможное, чтобы защитить свою семью, и эти черви тоже».

Метц столкнулся с этими червями в некоторой степени случайно. Во время прогулки вокруг озера Мюррей в Сан-Диего, Калифорния, он увидел незнакомую улитку у кромки воды и взял её в лабораторию. Оказалось, что улитка была Melanoides tuberculata и также была заражена трематодой Haplorchis pumilio.

Присмотревшись к колонии паразитов, Метц и Хечингер заметили, что многие её члены были примерно вдвое короче и имели другие пропорции, чем остальные. Эти более мелкие черви оказались солдатами, которые, несмотря на длину менее половины миллиметра (0,02 дюйма), имели рты в пять раз больше, чем у их гораздо более крупных, способных к размножению собратьев.

«Эти солдаты на самом деле просто подвижные челюсти», — сказал Метц. — «Вся их функция — кусать».

В ходе экспериментов и тщательного изучения Метц и Хечингер обнаружили несколько линий доказательств, свидетельствующих о том, что эти солдаты полностью отличаются от своих способных к размножению сородичей внутри колонии.

1. Отсутствие репродуктивных органов: Все солдаты не имели каких-либо репродуктивных органов, в то время как даже самые незрелые репродуктивные черви — включая нерождённых, всё ещё находящихся внутри родителя — имели обнаруживаемые репродуктивные структуры.
2. Чёткий физический разрыв: Исследователи не встретили ни одного червя, чьи пропорции тела, казалось бы, заполняли физический разрыв между солдатами и репродуктивными червями. Солдаты всех размеров имели относительно массивные челюсти по сравнению с общим размером тела, в то время как ни один репродуктивный червь не приближался к «ротоцентричным» пропорциям солдат.
3. Агрессивное поведение: Эксперименты показали, что солдаты последовательно атаковали других паразитов, в то время как репродуктивные черви почти не проявляли агрессивного поведения.

Исследование также показало, что наличие специальных солдат, по-видимому, способствует экологическому доминированию этого вида трематод, по крайней мере, в его инвазивном ареале в Южной Калифорнии.

Среди других видов трематод, которые также вторглись в Южную Калифорнию и заражают ту же улитку, исследователи подсчитали, что вид, производящий солдат, вызвал около 94% всех смертей, произошедших среди разных видов.

Это превосходство в «огневой мощи» в конфликтах трематод привело к тому, что численность других видов трематод оказалась намного ниже, чем могла бы быть в противном случае.

«Солдаты не заражают людей — они только в улитках», — сказал Метц. — «Другая стадия жизненного цикла червя заражает теплокровных позвоночных, включая людей, но наличие солдат делает этого паразита более успешным в заражении улиток, что означает больше возможностей для передачи людям».

Этот паразит распространяется по всему миру, и понимание его биологии может быть важным как для общественного здравоохранения, так и для понимания эволюционных корней сложной социальной организации. Возможно, существует гораздо больше видов трематод с постоянными кастами солдат.

«Мы действительно только начали смотреть», — сказал Хечингер. — «На планете может быть до 200 000 видов трематод, и мы изучили лишь несколько из них в контексте социальной организации. Осталось открыть гораздо больше о том, какими способами трематоды создают сложные общества с разделением труда».