Ученые перекормили крошечного червяка и он создал цепочку клонов

Фото из открытых источников

Если дать крошечному плоскому червю много пищи, его одиночное тело быстро удлинится, поскольку одна за другой появляются новые головки. В течение нескольких дней один червь превращается в цепочку из четырех или пяти соединенных между собой клонов, временно связанных между собой.

Однако это преобразование не является результатом новой генетической мутации. Оно происходит, когда обычные репродуктивные циклы червя перекрываются. По сути, червь впадает в пищевой лихорадку, начиная выращивать следующий клон еще до того, как отделится последний созданный им червь.

Ученые Варшавского университета в Польше обнаружили, что обилие пищи может вызвать эту поразительную трансформацию у четырех микроскопических видов плоских червей рода Stenostomum, обитающих преимущественно в пресной воде. Данное исследование доступно в виде препринта на bioRxiv и еще не прошло рецензирование.

Плоские черви — это животные с мягким телом и без позвоночника, которые часто размножаются без спаривания, производя потомство, генетически идентичное им самим. Обычно у плоского червя в пределах существующего тела формируется новая голова и соответствующая часть тела. После завершения развития новой части она, как правило, отделяется и продолжает жить независимо.

Этот способ бесполого размножения известен как паратомия , и у Stenostomum он включает в себя бурную активность генов , которая приводит к скачку роста и столь необходимой организации оси тела.

Плоские черви также известны своей необычайной гибкостью в развитии. В лабораторных условиях некоторые виды можно заставить отращивать головы, имеющие форму, аналогичную головам других видов, без каких-либо изменений в их ДНК, или же естественным образом отращивать голову с каждого конца.

В новых экспериментах обилие пищи изменило сроки размножения. Черви росли так быстро, что следующий репродуктивный цикл начинался еще до завершения предыдущего. Впоследствии несколько развивающихся участков клона остались соединенными, образуя временную цепочку с множеством головок.

«С самого начала мы подозревали, что именно пища может быть причиной образования цепочки», — заявил зоолог из Варшавского университета Людвик Гасиоровский. «Однако лично я ожидал, что этот процесс будет запущен скорее качеством пищи (то есть видами добычи), а не ее количеством».

Первоначально команда предлагала шесть видов микроскопических жертв шести видам грибов рода Stenostomum. Четыре вида стабильно росли и размножались при кормлении одноклеточным пресноводным организмом, содержащим зеленые водоросли.

Затем исследователи варьировали количество этой добычи, и по мере увеличения доступности пищи заметно возрастало образование цепочек добычи. 

«Больше всего меня удивило, насколько надёжен и воспроизводим этот эффект», — сказал Гасиоровски. «Если мы хотим получить червей, скрепленных цепочками, достаточно поместить их в известную высокую концентрацию определенной добычи на три дня, и мы всегда будем видеть эти цепочки».

Когда черви проглатывали зеленые клетки добычи, их пищеварительная система приобретала ярко-зеленый цвет, а тела быстро удлинялись.

«Примерно через два дня становится видна первая из новых голов», — пояснил Гасиоровски.

На начальном этапе развивающаяся голова выглядит как два прозрачных пятна посередине червя, поскольку формирующийся мозг выталкивает внутрь более темную ткань кишечника. Затем вдоль удлиняющегося тела начинают появляться дополнительные головы, что можно увидеть на изображении ниже.

Примерно через четыре дня после начала кормления самые длинные цепочки содержат четыре или пять зооидов, соединенных хвостом с головой. Эти цепочки не являются постоянными. После того, как сформировалась самая старая развивающаяся голова, черви разделяются на более мелкие цепочки или отдельные особи. Если пищи достаточно, они растут, образуют цепочки и снова делятся.

Дополнительное питание ускоряет рост червя в длину, но для формирования новой головы все равно требуется около четырех дней – таким образом, червь становится достаточно большим, чтобы начать следующий репродуктивный цикл, прежде чем завершить первый.

Исследователи называют эти цепочкообразные структуры «параколониями», потому что они напоминают животных, которые образуют клональные колонии, но в конечном итоге распадаются.

Команда также проверила, дает ли нахождение в цепочке какое-либо непосредственное преимущество червям. Они не обнаружили никаких доказательств того, что соединенные участки совместно выполняют работу по перевариванию.

Однако в экспериментах цепочки червей одного вида Stenostomum реже становились объектом выбора хищника, чем одиночные черви, хотя в случае другого вида такой тенденции не наблюдалось. Это не обязательно связано с тем, что цепочки Stenostomum обладали большим интеллектом, чтобы каким-то образом перехитрить хищников.

Гасиоровски отметил, что даже если преимущество и существует, оно может быть результатом увеличения размера тела (и, следовательно, большего количества ресничек для передвижения червей в воде), а не наличия нескольких соединенных голов.

«Мы до сих пор очень мало знаем об экологии этих микроскопических беспозвоночных — мы даже не знаем, кто их основные хищники в естественной среде обитания, что ограничивает наши возможности по изучению некоторых экологических механизмов», — сказал он. «Даже если черви отбираются по признаку способности увеличивать размер своего тела, образование цепочек остается случайным побочным продуктом развития».

Хотя для Stenostomum это лишь временная фаза, известно, что некоторые родственные плоские черви образуют постоянные цепочки, что позволяет предположить, что такая форма может быть им полезна.

Например, Catenula lemnae может образовывать цепочки, содержащие более 15 соединенных участков, в то время как у другого родственного вида плоских червей наблюдалось до 50 таких участков. Однако команде Гасиоровского не удалось сохранить жизнеспособность C. lemnae в лабораторных условиях, поэтому они не знают, является ли репродуктивная стратегия C. lemnae более устоявшейся версией пищевых цепочек Stenostomum.

«Мы не можем напрямую проверить, следует ли чередование бесполого размножения и образования цепочек аналогичной логике, как у Stenostomum», — сказал Гасиоровски, хотя, учитывая их близкое родство, «кажется правдоподобным, что цепочки у Catenula развились из условий, подобных тем, которые мы наблюдаем у Stenostomum».

Если мы так мало знаем о водных мирах, населяющих этих червей, то пока что эти вопросы остаются любопытными и заслуживающими внимания.