Смертельный сигнал инфекции у муравьиного расплода: альтруистическое самопожертвование

от

Колонии муравьёв действуют как слаженно координируемые «сверхорганизмы», где отдельные муравьи работают вместе, подобно клеткам тела, чтобы обеспечить коллективное здоровье. Исследователи из Института науки и технологий Австрии (ISTA) обнаружили, что смертельно больные муравьиные личинки, подобно инфицированным клеткам, выделяют запах, сигнализирующий об их скорой смерти и риске, который они представляют. Эта сложная система раннего предупреждения способствует быстрому обнаружению и удалению патогенных инфекций.

Исследование опубликовано в Nature Communications.

Многие социальные животные пытаются скрыть свою болезнь, чтобы избежать социального исключения. Однако муравьиный расплод действует противоположным образом. Столкнувшись с неизлечимой инфекцией, муравьиные куколки активно излучают сигнал тревоги, предупреждающий колонию о риске заражения, который они скоро представят.

Когда рабочие муравьи получают сигнал, они быстро распаковывают смертельно больных куколок из их коконов, создавая небольшие отверстия в поверхности их тела и применяя свой антимикробный яд — муравьиную кислоту, которая действует как самопроизведённое дезинфицирующее средство. Хотя это лечение немедленно убивает патогены, размножающиеся внутри куколки, оно также приводит к гибели самой куколки.

«На первый взгляд, кажется, что это самопожертвование, но на самом деле оно также приносит пользу тому, кто подаёт сигнал: оно защищает сожителей по гнезду, с которыми у него много общих генов. Предупреждая колонию о своей смертельной инфекции, смертельно больные муравьи помогают колонии оставаться здоровой и производить дочерние колонии, которые косвенно передают гены сигнальщика следующему поколению», — объясняет Эрика Доусон, первый автор исследования и бывший научный сотрудник исследовательской группы «Социальный иммунитет» под руководством Сильвии Кремер в ISTA.

Их совместная работа с химическим экологом Томасом Шмиттом из Университета Вюрцбурга в Германии впервые описывает этот альтруистический сигнал о болезни у социальных насекомых.

Если бы смертельно больной муравей скрывал свои симптомы и умер незамеченным, он мог бы стать очень заразным, поставив под угрозу не только себя, но и всю колонию. Активное сигнализирование неизлечимо инфицированных особей позволяет эффективно обнаруживать болезни и удалять патогены с помощью колонии.

На уровне колонии муравьи функционируют как «сверхорганизм», эффективно формируя единое живое существо. В то время как одна или несколько королев отвечают за производство потомства, бесплодные рабочие выполняют все задачи, связанные с поддержанием и здоровьем колонии. Это отражает специализацию клеток в человеческом теле, где клетки зародышевой линии в репродуктивных органах предназначены для производства потомства, в то время как соматические клетки выполняют все остальные важные функции.

В обоих организмах репродуктивные и нерепродуктивные компоненты полностью взаимозависимы, и каждый из них необходим для выживания целого. Поэтому сотрудничество имеет решающее значение. Подобно клеткам в человеческом теле, отдельные муравьи тесно сотрудничают, даже вступая в альтруистическое самопожертвование ради блага колонии.

Почему должна развиваться сложная система раннего предупреждения, если больные животные могут просто изолировать себя от колонии?

«Взрослые муравьи, приближающиеся к смерти, покидают гнездо, чтобы умереть за пределами колонии. Аналогично, рабочие, подвергшиеся воздействию грибковых спор, практикуют социальное дистанцирование», — объясняет Кремер. «Однако это возможно только для мобильных особей. Расплод муравьёв в колонии, подобно инфицированным клеткам в тканях, в значительной степени неподвижен и лишён такой возможности».

Клетки тела и расплод муравьёв, такие как развивающиеся куколки, полагаются на внешнюю помощь для защиты колонии. Примечательно, что оба решают эту задачу схожим образом: они излучают химический сигнал, который привлекает либо иммунные клетки организма, либо рабочих колонии, позволяя этим помощникам обнаружить и устранить их как потенциальные источники инфекции. Иммунологи называют это «сигналом найди-меня и съешь-меня».

«Сигнал должен быть одновременно чувствительным и специфичным», — объясняет Кремер. «Он должен помогать идентифицировать всех смертельно больных муравьиных куколок, но быть достаточно точным, чтобы не вызывать распаковки здоровых куколок или тех, кто способен преодолеть инфекцию с помощью своей иммунной системы».

Какими свойствами должен обладать такой сигнал, чтобы достичь такого уровня точности?

Шмитт, чья исследовательская деятельность сосредоточена на химической коммуникации у социальных насекомых, объясняет, что рабочие особи специально нацелены на отдельных куколок из кучи расплода. «Это означает, что запах не может просто распространяться по гнездовой камере, но должен быть непосредственно связан с больной куколкой. Соответственно, сигнал состоит не из летучих соединений, а из нелетучих соединений на поверхности тела куколки».

В частности, интенсивность двух компонентов запаха из естественного профиля запаха муравьёв увеличивается, когда куколка находится на грани смерти. Чтобы проверить, может ли это изменение запаха само по себе вызвать поведение муравьёв по дезинфекции, исследователи перенесли запах сигнала на здоровых куколок и наблюдали за реакцией рабочих.

«Мы извлекли запах из сигнальных куколок и нанесли его на здоровых расплодов», — говорит Кремер, описывая экспериментальный подход. Результаты были убедительными: переноса одного только сигнального запаха было достаточно, чтобы вызвать распаковку муравьёв, показывая, что изменённый запах тела смертельно инфицированных куколок выполняет ту же функцию, что и сигнал «найди-меня и съешь-меня» инфицированных клеток тела.

Согласно Доусон, захватывающим аспектом является то, что муравьи не сигнализируют об инфекции без разбора. «Королевы-куколки, которые имеют более сильную иммунную защиту, чем рабочие куколки, и могут ограничить инфекцию самостоятельно, не были замечены в том, чтобы подавать этот предупреждающий сигнал колонии», — объясняет она. «Рабочий расплод, с другой стороны, не мог контролировать инфекцию и подавал сигнал, чтобы предупредить колонию».

Сигнализируя только тогда, когда инфекция становится неконтролируемой, больной расплод позволяет колонии активно реагировать на реальные угрозы. В то же время такой подход гарантирует, что особи, способные к восстановлению, не будут принесены в жертву без необходимости.

«Эта точная координация между индивидуальным и колониальным уровнями — вот что делает этот альтруистический сигнал о болезни таким эффективным», — заключает Кремер.

Предоставлено Институтом науки и технологий Австрии.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте