Разрушение структуры гнезда сумасшедших муравьёв делает их уязвимыми для патогенов

Инвазивные рыжие сумасшедшие муравьи наносят ущерб побережью Мексиканского залива США от Флориды до Техаса, нарушая экосистемы. Учёные из Техасского университета в Остине разработали надёжный способ внедрения естественного патогена в колонии, что приводит к их коллапсу и восстановлению местных видов.

В статье в Journal of Animal Ecology описаны ключевые выводы лабораторных исследований, которые помогли усовершенствовать метод.

Более десяти лет назад в UT's Invasive Species Lab обнаружили, что некоторые сумасшедшие муравьи во Флориде заражены естественным патогеном — микроспоридией. Этот патоген размножается внутри клеток муравьёв и передаётся только когда заражённые взрослые рабочие особи ухаживают за развивающимися личинками. Он не вредит местным муравьям и другим членистоногим, что делает его отличным кандидатом для биоконтроля.

Рыжие сумасшедшие муравьи образуют суперколонии, и все инвазии на юго-востоке США имеют одну генетическую идентичность суперколонии. Муравьи из любого региона принимают рабочих из других мест как сородичей. В теории, передача болезни между инвазиями должна быть простой: внедрить живых заражённых рабочих из отдалённой заражённой суперколонии в незаражённую.

Проблемы распространения патогена

Однако на практике попытки внедрить болезнь в незаражённые популяции в природе часто терпели неудачу, тогда как в лаборатории метод всегда работал.

Муравьи используют социальное иммунное поведение, чтобы предотвратить распространение почвенных грибков среди сородичей. Исследователи предположили, что сумасшедшие муравьи используют схожее поведение, чтобы не допустить заражённых рабочих к сердцу колонии и личинкам. Ключевым отличием между лабораторными и полевыми гнёздами была сложность естественной архитектуры гнезда.

Пространство гнезда организует колонию, позволяя разделять рабочих по специализациям (уход за потомством, удаление трупов, фуражировка) по разным зонам. Это пространственное разделение может позволять социальному иммунитету изолировать больных особей на периферии и не допустить болезнь в центр колонии.

Простой тест подтвердил концепцию. Колонии в многокамерных гнёздах предотвращали заражение расплода, а в стандартных однокамерных — нет.

"Это первая демонстрация того, что в муравьиных обществах пространственная структура гнезда имеет первостепенное значение для того, чтобы социальное иммунное поведение предотвращало попадание болезней в центр колонии, где живут королева и расплод", — сказал Эдвард ЛеБран, ведущий автор исследования. Это демонстрирует эффективность "архитектурного иммунитета".

Поведение муравьёв и профилактика болезней

Дальнейшая работа выявила поведенческие механизмы. Заражённые и незаражённые муравьи, внедрённые в колонию, ведут себя по-разному. Заражённые особи мигрируют на периферию гнезда, занимаясь удалением трупов и фуражировкой, тогда как незаражённые остаются у центра. Кроме того, заражённые особи самоизолируются, избегая групп других муравьёв.

Также происходят агрессивные взаимодействия между заражёнными и незаражёнными муравьями. Возможно, незаражённые распознают инфекцию. Эти, казалось бы, самопожертвенные поведения могут частично контролироваться рабочими в центре колонии. Кроме того, заражённые рабочие предпочитают удалять трупы других заражённых муравьёв, предотвращая контакт незаражённых с инфекционными агентами.

Многие из этих поведений ранее наблюдались у муравьёв для защиты от внешних грибков. Однако это первая демонстрация того, что суперколониальные инвазивные муравьи также используют эти поведения и что они эффективны против широкого спектра патогенов. Подобно карантину и социальному дистанцированию в человеческом обществе, у муравьёв есть консервативный набор поведений для общей защиты от патогенов.

Усовершенствование стратегий для успеха в поле

Это понимание изменило подход группы к внедрению патогена в незаражённые инвазии в природе. Раньше заражённых муравьёв подсаживали на тропы к источникам пищи или прямо в гнёзда, стараясь не повредить их. Теперь они делают наоборот.

"Сейчас мы разрушаем гнездо — просто разрываем его — и затем внедряем заражённых муравьёв", — сказал ЛеБран. — "Тогда все муравьи перемешаны, им приходится искать новое место, и делать это вместе, и заражённым, и незаражённым. Это помогает преодолеть период самоизоляции и выполнения задач только вблизи места внедрения".

"Эти и другие результаты позволили нам достичь точки, где мы можем очень надёжно внедрять этот патоген в незаражённые местные суперколонии в поле", — заключил ЛеБран.