Нематоды — самые распространённые животные на Земле, но в трудные времена этим крошечным червям нелегко передвигаться. Поэтому они используют сильные стороны своего клана. Когда заканчивается еда и обостряется конкуренция, они ползут к многочисленным собратьям. Они взбираются друг на друга, пока их тела не образуют живую башню, которая извивается вверх, где они могут зацепиться за проходящее мимо животное и отправиться на более зелёные и просторные пастбища.
По крайней мере, так предполагали учёные. Десятилетиями эти структуры из червей были скорее мифическими, чем материальными. Такие скопления, в которых животные соединяют тела для группового перемещения, редки в природе.
Только слизевики, огненные муравьи и паутинные клещи, как известно, передвигаются таким образом. У нематод никто даже не видел, как скопления — известные как башни — формируются где-либо, кроме как в искусственных условиях лабораторий и камер для выращивания; и никто толком не знал, для чего они нужны. Существовали ли башни вообще в реальном мире?
Теперь исследователи из Констанца, Германия, записали видео, на котором черви возвышаются над гнилыми яблоками и грушами из местных садов. Команда из Института поведения животных Общества Макса Планка (MPI-AB) и Университета Констанца объединила полевые работы с лабораторными экспериментами, чтобы впервые предоставить прямые доказательства того, что поведение в виде башен встречается в природе и функционирует как средство коллективного транспорта.
Статья опубликована в журнале Current Biology.
«Я была в восторге, когда впервые увидела эти природные башни», — говорит старший автор Серена Динг, руководитель группы в MPI-AB, о моменте, когда соавтор Райан Гринвей прислал ей видеозапись из полевых условий. «Столько времени природные башни из червей существовали только в нашем воображении. Но с правильным оборудованием и большим любопытством мы нашли их у всех на виду».
Гринвей, технический помощник в MPI-AB, несколько месяцев с цифровым микроскопом изучал гниющие фрукты в садах возле университета, чтобы зафиксировать естественные проявления и поведение башен из червей. Некоторые из этих целых башен были доставлены в лабораторию.
То, что было внутри башен, удивило команду. Хотя фрукты кишели множеством видов нематод, природные башни состояли только из одного вида, все на стадии жёсткой личинки, известной как «дауэр».
«Башня из нематод — это не просто куча червей», — говорит первый автор Даниэла Перес, постдокторант в MPI-AB. «Это скоординированная структура, суперорганизм в движении».
Команда наблюдала, как естественные башни дауэров колышутся в унисон, подобно тому, как это делают отдельные нематоды, стоя на хвостах, чтобы зацепиться за проходящее мимо животное. Но их новые находки показали, что целые башни червей могут реагировать на прикосновение, отделяться от поверхностей и коллективно прикрепляться к насекомым, таким как плодовые мухи, — массово путешествуя автостопом в новые среды.
Чтобы исследовать глубже, Перес создала контролируемую башню, используя лабораторные культуры C. elegans. Когда их поместили на агаровую среду без пищи с небольшой вертикальной опорой — щетиной зубной щётки — голодные черви начали самоорганизовываться. В течение двух часов появились живые башни, стабильные более 12 часов и способные вытягивать «щупальца» в окружающее пространство. Некоторые даже образовывали мосты через промежутки, чтобы достичь новых поверхностей.
«Башни активно ощущают и растут», — говорит Перес. «Когда мы прикоснулись к ним, они немедленно отреагировали, потянувшись к стимулу и прикрепившись к нему».
Такое поведение, оказывается, не ограничивается так называемой личиночной стадией «дауэр», наблюдаемой в диких образцах. Взрослые особи C. elegans и все личиночные стадии в лаборатории также образовывали башни — неожиданный поворот, который предполагает, что образование башен может быть более обобщённой стратегией группового перемещения, чем предполагалось ранее.
Тем не менее, несмотря на архитектурную сложность этих башен, у червей внутри не было очевидной роли в дифференциации. Особи из основания и вершины были одинаково подвижны, плодовиты и сильны, что намекает на форму эгалитарного сотрудничества. Но пока только в контролируемых условиях лаборатории, отмечают авторы.
«C. elegans — это клональная культура, поэтому имеет смысл, что внутри башни нет дифференциации. В естественных башнях мы можем увидеть отдельные генетические составы и роли, что вызывает интересные вопросы о том, кто сотрудничает, а кто обманывает».
По мере того как исследователи стремятся понять, как развивается групповое поведение — от роёв насекомых до миграций птиц, — эти микроскопические башни из червей могут помочь найти некоторые ответы.
«Наше исследование открывает совершенно новую систему для изучения того, как и почему животные перемещаются вместе», — говорит Динг, которая руководит программой исследований поведения и генетики нематод. «Используя генетические инструменты, доступные для C. elegans, у нас теперь есть мощная модель для изучения экологии и эволюции коллективного расселения».
Предоставлено: Общество Макса Планка.