Странные жуки носят химические «плащи-невидимки» — и погибают, если их снимают

Фото из открытых источников

Бесплатное жилье. Бесплатная еда. Бесплатная защита от хищников. У жуков и других крошечных организмов, живущих в укромных местах внутри муравьиных колоний, много преимуществ. Но, как оказалось, есть и потенциальный недостаток: нет выхода. Теперь в журнале Cell исследователи сообщают, что один из видов жуков-стафилинидов совершил эволюционный путь в один конец, разработав хитрый способ маскировки, который он никогда не сможет изменить. Если они когда-нибудь перестанут обновлять свою маскировку, они умрут.

Результаты исследования убедительно показывают, насколько тесное экологическое сосуществование может затянуться, говорит Рашель Адамс, эволюционный биолог из Университета штата Огайо. «Совершенно очевидно, что это точка невозврата».

Многие существа на протяжении тысячелетий эволюционировали, чтобы паразитировать на муравьях и их обильных ресурсах, и эти нарушители обычно используют одну из двух стратегий. Некоторые неоднократно проникают в колонии и пытаются успокоить или запутать муравьев, если их обнаружат. Другие разрабатывают утонченную химическую маскировку, которая позволяет им смешиваться со своими ничего не подозревающими хозяевами.

Как и большинство насекомых, муравьи предотвращают высыхание, образуя и покрывая себя воскообразной смесью, состоящей из соединений, называемых кутикулярными углеводородами. Муравьи также используют эти молекулы, чтобы отличать членов своей колонии от посторонних. Некоторые жуки в процессе эволюции выработали воск, который очень точно имитирует смесь муравьиных углеводородов. Другие, в том числе более десятка видов жуков-стафилинидов, просто покрывают себя углеводородами колонии, ухаживая за рабочими муравьями.

Чтобы изучить этот симбиоз вблизи, Джо Паркеру, эволюционному биологу из Калифорнийского технологического института, и его команде достаточно отправиться всего в 20 минутах от своей лаборатории в Пасадене в Национальный лес Анджелес, где они могут обнаружить многочисленные колонии бархатного древесного муравья (Liometopum occidentale) и нескольких видов жуков-стафилинидов. Один из жуков, Sceptobius lativentris, мирно живет внутри колоний, покидая их только тогда, когда самкам нужно отложить яйца в близлежащую почву. После вылупления из яиц потомство ползет к ближайшей муравьиной колонии и взбирается на дерево, чтобы попасть внутрь.

Когда Паркер и его лаборатория проанализировали покрытие жуков-короедов рода Sceptobius , они обнаружили, что оно химически идентично покрытию муравьев рода Liometopum . Паркер предположил, что Sceptobius могут красть углеводороды: жуки непреодолимо забираются на спины муравьев и чистят их своими волосатыми лапками. И действительно, дальнейший анализ показал, что воск жуков имеет такое же соотношение изотопов углерода, как и воск муравьев, что указывает на единое происхождение.

Затем, в результате секвенирования генома Sceptobius, возникла загадка. Исследователи обнаружили, что жук сохраняет гены, кодирующие ферменты для синтеза воскового покрытия. Зачем ему эти гены, если он не производит собственные углеводороды? Первый автор исследования, Томас Нарагон, ныне научный сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Франциско, нашел ответ. Личинкам Sceptobius после вылупления в почве необходимы эти ферменты для производства углеводородов.

Дальнейшие исследования показали, что перед тем, как молодые жуки рода Sceptobius проникнут в колонию, они подавляют эти гены, становясь практически невидимыми для муравьев. Чтобы усовершенствовать свою маскировку и не высохнуть, жуки проводят более половины своего времени, ухаживая за муравьями. «Их словно магнитом притягивают муравьи, и они почти зависимы от них», — говорит Паркер. «Их любимое место — на муравье».

В ходе наглядной демонстрации исследователи отделили жуков от муравьев в лаборатории и наблюдали, как те становились гиперактивными, по-видимому, ища муравьев для чистки. Выработанные ими углеводороды исчезли, и жуки высохли в течение суток.

Полученные результаты иллюстрируют риск зависимости от хозяина. Чтобы извлечь выгоду из этих взаимоотношений, жук должен необратимо отказаться от части своей защиты от сурового внешнего мира. Хотя, по словам эволюционного биолога Джессики Пурселл из Калифорнийского университета в Риверсайде, неудивительно, что эволюционная траектория к симбиозу может включать такие необратимые шаги, новое исследование содержит «прекрасные поведенческие исследования и химический анализ, которые ясно это демонстрируют».

Паркер и его коллеги приходят к выводу, что эта зависимость также означает, что Sceptobius не может вернуться к свободноживущей жизни. Если случайная мутация заставит Sceptobius самостоятельно образовывать углеводородное покрытие во взрослом возрасте, он все равно будет тянуться к муравьям — независимое поведение — и будет обнаружен и убит. Но если другая мутация освободит Sceptobius от влечения к муравьям, жук перестанет собирать восковое покрытие муравьев и умрет от обезвоживания. «Возвращение к одному признаку гарантирует верную смерть от другого», — говорит Паркер.

Патриция д'Этторре, эксперт по коммуникации муравьев из Университета Парижа 13, отмечает, что жуки, вероятно, не причиняют большого вреда муравьям, с которыми живут бок о бок. И эти взаимоотношения служат наглядным примером гармонии в конфликтном, конкурентном мире. «Всякий раз, когда мы наблюдаем в природе симбиотическое взаимодействие, это кажется своего рода чудом. Как это могло развиться?» — спрашивает она. «Когда мы видим это в деталях, мы можем шаг за шагом понять, что происходит».