'Помощницы' жуки-амброзии размножаются вместе со своей матерью

Фермерство грибов — это увлекательный симбиоз, который независимо эволюционировал у социальных насекомых: один раз у муравьев, один раз у термитов и несколько раз у долгоносиков (жуков) из подсемейств Scolytinae и Platypodinae. Поведение этих «жуков-амброзий» — более 3000 видов — изучено плохо, так как они живут внутри ходов в древесине. Впервые исследование сосредоточено на разделении труда внутри колоний жуков-амброзий. Автор показывает, что у Xyleborus affinis, в отличие от муравьев и термитов, социальное поведение, такое как забота о потомстве и грибах, осуществляется в основном фертильными самками-«помощницами», которые размножаются наряду со своей матерью, основательницей колонии. Он также показывает, что специализированный гриб из рода Raffaelea, вероятно, является единственным источником пищи для личинок.

«Жуки — самый разнообразный отряд насекомых, но социальные жуки относительно редки. Наша успешная разработка лабораторного разведения X. affinis позволяет нам ставить эксперименты, чтобы определить, почему некоторые жуки-помощники воздерживаются от размножения, что дает важное понимание ранних эволюционных стадий социальности насекомых», — говорит профессор Петер Х. Бидерманн из Университета Альберта-Людвига во Фрайбурге, Германия, единственный автор нового исследования, опубликованного в Frontiers in Ecology and Evolution.

Сколитидный жук-амброзия X. affinis распространен в Северной и Южной Америке и был занесен человеком в (суб-)тропические регионы по всему миру. Несмотря на распространенное название «сахарный сверлильщик», у него нет особого пристрастия к сахарному тростнику — он обычно гнездится внутри влажных упавших бревен и стеблей около 250 видов растений в естественных лесах. Самки имеют специальный карман во рту, содержащий споры грибов из их родного гнезда. Они используют эти споры для создания «садов» вдоль выкапываемых ими галерей, за которыми ухаживают сами и их потомство.

Бидерманн собрал 23 спарившихся самки X. affinis (основательниц) в лесах Луизианы и позволил им рыть ходы внутри стеклянных трубок (1,8 см в ширину, 15 см в длину), заполненных стерильной средой на основе опилок. Внутри основательницы выращивали грибные сады и производили потомство. Поведение личинок и взрослых особей можно было детально наблюдать при временном удалении обертки с трубок. Через 51–61 день после основания колонии Бидерманн определил количество самцов и самок на всех стадиях развития, их пространственное распределение, репродуктивный статус взрослых самок путем вскрытия их яичников и таксономическую принадлежность грибных садов, высевая их на диагностические питательные среды.

Бидерманн показывает, что только один гриб, бесполая форма вида Raffaelea из семейства аскомицетов Ophiostomataceae, встречается во всех частях каждого гнезда, что убедительно свидетельствует о том, что он был одомашнен X. affinis в качестве основной пищевой культуры. Четыре менее частых гриба могут представлять альтернативные культуры, паразитов или комменсалов.

Результаты также показывают, что самки наращивают яйца в яичниках в ответ на возможность размножения, например, большее количество пищи на личинку. Фертильные самки могут либо вылетать для расселения, либо оставаться внутри гнезда, обычно рядом с выводком, чтобы размножаться в конкуренции со своей матерью. Как нефертильные, так и фертильные самки помогают своей матери с гигиеническими задачами, заботой о потомстве и грибах, но фертильные более склонны к такой работе. Самцы не работают, а ждут внутри боковых галерей, чтобы спариться с сестрами.

«Здесь я показал, что X. affinis конвергентно эволюционировал к факультативно эусоциальной системе, очень похожей на таковую у ос и пчел, у которых отсутствуют касты. У жуков-амброзий яйцекладущие самки работают больше, чем их нефертильные сестры, тогда как у муравьев и термитов всю работу выполняют самки в отдельных стерильных кастах. Кроме того, фермерство конвергентно эволюционировало у жуков-амброзий, муравьев и термитов, поскольку один бесполый гриб, по-видимому, является основным одомашненным источником пищи у всех этих насекомых-фермеров», — говорит Бидерманн.