Трематоды формируют «армии» и увеличивают число солдат при угрозе вторжения

В устьях рек по всему миру крошечные паразитические черви-трематоды захватывают тела водных улиток. Эти плоские черви проникают в тело улитки и используют её системы для поддержания своей колонии, иногда на протяжении более десяти лет, «водя улитку, как машину», по словам старшего автора Райана Хечингера, профессора морских наук в Институте океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Как и многие другие высокоорганизованные сообщества животных, включая пчёл и муравьёв, колонии трематод формируют касты для разделения труда. Некоторые трематоды, называемые «репродуктивными», крупнее и обеспечивают всё размножение колонии, в то время как более мелкие черви с большими ртами, известные как «солдаты», защищают от вторжения конкурирующих трематод.

«Люди думают, что паразиты атакуют, а не подвергаются атакам, — сказал соавтор Марк Торчин, морской эколог из Смитсоновского института тропических исследований (STRI). — Но этим паразитам приходится бороться за своё жилище внутри хозяина и иметь дело с риском вторжения».

Однако для любого общества с ограниченными ресурсами это означает компромисс — больше солдат означает меньше репродуктивных особей.

«Животные сообщества, такие как трематоды, должны поддерживать баланс между размножением и защитой, — сказала первый автор Эмлин Ресетаритс, научный сотрудник Университета Джорджии и бывший аспирант Техасского университета в Остине, а также стипендиат STRI. — Сколько репродуктивных червей должно быть в колонии, а сколько солдат? Эти числа стабильны или меняются в ответ на давление среды?»

В новом исследовании, опубликованном 26 февраля 2020 года в Biology Letters, команда впервые продемонстрировала, что количество солдат в колонии трематод зависит от локальной угрозы вторжения, показывая, что такие общества формируют более крупные постоянные армии в зонах повышенной угрозы. Это имеет большое значение для понимания того, как животные сообщества определяют распределение ресурсов.

«Каждая колония трематод состоит из клонов одной вторгшейся особи, — сказал Хечингер, специализирующийся на изучении экологии и эволюции паразитов. — Они не хотят делить улитку с другой трематодой, поэтому по мере того, как их популяция захватывает хозяина, они начинают производить солдат для отражения потенциальных захватчиков».

Но главный вопрос заключался в том, производят ли трематоды больше солдат, когда живут в средах, где с большей вероятностью могут столкнуться с захватчиками.

Чтобы выяснить это, исследователи собрали улиток на 38 различных участках с разным уровнем угрозы вторжения в 12 эстуариях вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки, от Панамы до Северной Калифорнии, и доставили их в лабораторию для анализа.

Там они вскрыли более 150 отдельных улиток, чтобы подсчитать количество солдат-червей в каждой, и обнаружили, что у улиток, собранных в местах с высоким риском вторжения других паразитов, было большее количество солдат, готовых атаковать любую новую угрозу.

Это масштабное исследование, финансируемое стипендиями Национального научного фонда (NSF) и STRI, включало подсчёт червей-трематод шести отдельных видов. Все, кроме одного, показали одинаковую закономерность — больше солдат в ответ на более высокий риск, что указывает на обобщаемость этого признака среди видов, семейств и даже отрядов трематод, и подтверждает, что это может быть верно и для других животных сообществ.

По словам Хечингера, паразитические трематоды являются отличной животной моделью для подобных экспериментов. «Трудно изучать даже одну колонию термитов из-за её размера, — сказал он, — но с трематодами вы можете держать 50 колоний в руке».

«В отличие от многих организмов, эти сообщества трематод внутри улиток — очень воспроизводимые единицы: они все живут в очень похожих условиях, внутри одного вида улиток, — сказала Ресетаритс. — Вы можете реально понять, сколько солдат в одной колонии по сравнению с другой, и провести прямые сравнения между разными колониями и видами».

Помимо их полезности как модельной системы, понимание экологии этих червей, живущих в улитках, важно, потому что они играют большую роль в экосистемах, где обитают, проходя через пищевую сеть (улитки, рыбы, птицы), причём разные виды обнаруживаются у разных морских животных.

«В этих эстуариях биомассы плоти трематод больше, чем плоти птиц, — сказал Хечингер. — Этих червей можно использовать как экологический индикатор. Если вы соберёте сотню улиток и посмотрите на разнообразие паразитов-трематод внутри них и на то, сколько заражено, это расскажет вам о разнообразии и численности птиц в этом районе. Понимание этих червей помогает нам понять, как энергия течёт через эти пищевые сети».

«Наши следующие шаги — определить, как эти черви определяют распределение ресурсов, — сказала Ресетаритс. — Реагируют ли отдельные колонии на информацию о локальной угрозе вторжения, производя больше солдат, или виды трематод в зонах высокого риска адаптируют распределение солдат на популяционном уровне? Это покажет нам, насколько гибки эти колонии, и даст больше информации о том, как их общества адаптируются к внешним вызовам».

«Это открытие — не просто интересный исследовательский проект, — сказал Хечингер. — Это служит чёткой демонстрацией полезности использования этой системы в качестве модели для решения фундаментальных социобиологических вопросов».