Разгадана многолетняя загадка экологии почвенных животных
Международная исследовательская группа под руководством Гёттингенского университета расшифровала защитный механизм нитчатых грибов. Плесневые грибы — предпочтительный источник пищи для мелких животных. Поскольку грибы не могут спастись от хищников бегством, они производят защитные метаболиты, делая себя токсичными или неприятными на вкус. После многолетних безуспешных исследований эти защитные соединения наконец идентифицированы. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Мелкие почвенные животные, такие как черви, ногохвостки и клещи, составляют около 20% живой биомассы в почве. С 1980-х годов исследования защиты грибов от хищников-животных были сосредоточены на микотоксинах. Токсичность микотоксинов для насекомых задокументирована во многих работах, однако попытки доказать экологическую функцию микотоксинов в защите от поедания проваливались.
Исследователи из Гёттингена обнаружили, что не микотоксины, а определённые грибные пигменты защищают грибы от поедания. Эти пигменты производятся многими аскомицетами и относятся к классу димерных нафтопиронов. Подробно изучался красный пигмент аурофузарин, который производят грибы рода Fusarium и некоторые тропические роды.
Ногохвостки и личинки насекомых распознавали и избегали пищи, модифицированной для содержания аурофузарина. Окончательное доказательство экологической функции аурофузарина было получено с помощью грибных мутантов, у которых синтез аурофузарина был нарушен методами генной инженерии. Ногохвостки, мокрицы и личинки насекомых принимали мутантов в пищу, избегая при этом грибных колоний с аурофузарином.
Кормовые эксперименты с разными видами грибов и мутантами показали, что аурофузарин служил основным — или даже единственным — защитным соединением у этих грибов. Первоначальные эксперименты с другими бис-нафтопиронами, производимыми родами Aspergillus и Penicillium, показали, что они также обладают антифидантной активностью (то есть подавляют питание).
Почему бис-нафтопироны отпугивают грибоядных животных? Согласно гипотезе о микотоксинах, бис-нафтопироны должны быть токсичными. «Мы не смогли обнаружить никакой токсичности при кормлении ногохвосток пищей, содержащей аурофузарин», — объясняет Ян Сюй, аспирант из Гёттингена и первый автор статьи. «Животные выживали, питаясь аурофузарином в течение пяти недель без видимого вреда. Таким образом, аурофузарин, по-видимому, является нетоксичным антифидантом».
Почему аурофузарин не потерял свой антифидантный эффект за миллионы лет? Синтетические фунгициды часто теряют эффективность через несколько лет, а защитные химические вещества растений не защищают своих производителей от адаптированных травоядных. Почему почвенные животные не адаптировались к грибным защитным химическим веществам?
«Объяснение может заключаться в очень больших количествах защитных химических веществ, которые накапливаются в грибных культурах, — объясняет профессор Петр Карловски, руководитель лаборатории молекулярной фитопатологии и исследования микотоксинов. — Мутации, приводящие к инактивации защитных химических веществ или уменьшающие их связывание с (пока неизвестными) рецепторами, не отменяли бы эффекта защитных химических веществ».
Если эта гипотеза подтвердится, аурофузарин станет первым примером нового явления в химической экологии: предотвращение адаптации организмов-мишеней из-за чрезвычайно высоких концентраций защитных химических веществ.