Социальные пчелы сохранили кишечные микробы на протяжении 80 миллионов лет

Около 80 миллионов лет назад группа пчел стала проявлять социальное поведение, включая совместное выращивание потомства, разделение пищевых ресурсов и защиту колонии. Сегодня их потомки — медоносные пчелы, безжальные пчелы и шмели — носят в себе "безбилетников" от своих древних предков: пять видов кишечных бактерий, которые эволюционировали вместе с пчелами-хозяевами.

Эти бактерии, живущие в кишечнике социальных пчел, передавались из поколения в поколение на протяжении 80 миллионов лет. Таков вывод нового исследования, опубликованного в журнале Science Advances и проведенного учеными из Техасского университета в Остине. Это открытие укрепляет позицию о том, что социальные существа, такие как пчелы и люди, не только передают бактерии друг другу в течение жизни, но и имеют особые отношения с бактериями в эволюционном масштабе времени, в некоторых случаях даже развиваясь параллельными путями как виды.

"Тот факт, что эти бактерии были с пчелами так долго, говорит о том, что они являются ключевой частью биологии социальных пчел", — говорит Нэнси Моран, профессор интегративной биологии. — "И это предполагает, что нарушение микробиома, например, антибиотиками или другими видами стресса, может вызвать проблемы со здоровьем".

Большинство насекомых, включая несоциальных пчел, не имеют специализированных кишечных микробов. Из-за ограниченного физического контакта с особями своего вида они обычно получают микробы из окружающей среды. Социальные же пчелы проводят много времени в тесном контакте друг с другом в улье, что облегчает передачу кишечных микробов от особи к особи.

"Общественный образ жизни позволил специализированному сообществу бактерий диверсифицироваться вместе с пчелами в глубине времен", — говорит Моран.

Согласно исследованию, последний общий предок современных социальных пчел приобрел пять видов бактерий из окружающей среды около 80 миллионов лет назад. Эти бактерии выжили и эволюционировали в кишечнике пчел-хозяев в течение миллионов лет, диверсифицируясь в штаммы, специфичные для каждого нового вида социальных пчел, появившегося с тех пор. Эти пять древних бактериальных линий до сих пор составляют основную часть кишечной микробиоты медоносных пчел и шмелей, но в меньшей степени у безжальных пчел, которые с большей вероятностью теряли бактериальные линии со временем.

Подобно тому, как эти пять видов бактерий, по-видимому, незаменимы для своих пчелиных хозяев, они тоже не могут жить без них. Приспособившись к жизни внутри пчел, они утратили способность жить во внешнем мире. Например, в кишечнике пчел уровень кислорода ниже, чем в атмосфере.

"Большинство из них не могут жить при атмосферном уровне кислорода", — говорит Моран. — "Они не могут просто расти в нектаре или на поверхности растения. Они должны быть в кишечнике пчелы".

Это первое исследование, которое прослеживает эволюцию сообщества кишечных бактерий в группе животных-хозяев так далеко в прошлом. До сих пор самое длительное исследование эволюции кишечной микробиоты, проведенное профессором Говардом Очманом, проследило три линии бактерий, непрерывно живущих в гоминидах, примерно на 15 миллионов лет назад.

Сегодня существует сотни видов социальных пчел, относящихся к трем основным группам:

• Медоносные пчелы, включая одомашненную западную медоносную пчелу Apis mellifera.
• Безжальные пчелы, обитающие в тропических и субтропических регионах.
• Шмели, живущие в основном в северных умеренных широтах.

Исследователи выделили кишечные бактерии у 27 видов пчел (25 социальных и 2 несоциальных) и секвенировали ДНК из всего микробиома их кишечника. Для каждого основного вида бактерий команда построила филогению, или эволюционное генеалогическое древо.

И вот что удивительно: если поставить одно из этих бактериальных деревьев (например, для разновидности Lactobacillus, ассоциированной с пчелами) рядом с генеалогическим древом социальных пчел, они будут поразительно похожи. Когда новый вид пчел ответвляется от своих сородичей, новый штамм бактериального вида часто также ответвляется от своих. В результате этой ко-спекцации каждый из сотен ныне живущих видов социальных пчел имеет свои собственные уникальные штаммы общих видов бактерий.

Ученые называют вид, который не может жить самостоятельно без своего хозяина (как эти древние микробы, приспособившиеся жить только в кишечнике определенных пчел), симбионтом.

"Тот факт, что филогения пчел в основном совпадает с филогенией симбионта, действительно подразумевает, что со временем основным источником симбионтов являются другие пчелы. Они передают его внутри вида", — говорит Моран. — "Если бы микробы просто приходили из окружающей среды, можно было бы ожидать полной путаницы".