Запах актинобактерий подсказал муравьям благоприятное место для колонии

Опасные инвазивные насекомые — красные огненные муравьи — находят подходящие места для строительства новых колоний по запаху веществ, которые выделяют актинобактерии. Эти же бактерии подавляют рост опасных для муравьев грибков и заодно используют насекомых для расселения. В тонкостях отношений муравьев, бактерий и грибков разобрались китайские биологи, которые описали их в журнале PLOS Pathogens.

Главная опасность для почвенных насекомых, в том числе муравьев, — паразитические грибки, которые поселяются под хитиновым панцирем насекомых и выделяют токсины, которые в конечном счете убивают хозяев. В числе таких грибков — знаменитый кордицепс, который меняет поведение муравьев, превращая их в «зомби». Ранее ученые выяснили, что рост таких грибков подавляют актинобактерии — именно они создают зоны, безопасные для насекомых. Но оставалось неясным, как именно муравьи находят такие зоны, где можно создать новую колонию.

Хунмей Хуан (Honmeig Huang) из Южно-Китайского сельскохозяйственного университета и его коллеги из КНР и Германии решили выяснить, как «безгрибковые зоны» находят красные огненные муравьи (Solenopsis invicta). Это инвазивные насекомые, их укусы могут быть опасны для людей. Первоначально они обитали в Южной Америке, а в 1990-е годы проникли в США, а с начала 21 века попали в Австралию, Новую Зеландию и Китай. Авторы исследования предположили, что муравьев привлекает запах геосмина или 2-метилизоборнеола — веществ, которые продуцируют актинобактерии. Именно этот запах, по их мнению, может служить для муравьев сигналом, указывающим, что на этом месте можно строить муравейник.

Чтобы проверить эту гипотезу, ученые исследовали образцы почв из разных мест обитания муравьев на двух участках в районе города Гуанчжоу. С помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии они искали в образцах геосмин и 2-метилизоборнеол, а затем с помощью полимеразной цепной реакции определяли, есть ли в почве актинобактерии. Количественный ПЦР-анализ подтвердил, что содержание Streptomyces и Nocardiopsis в почве было значительно выше на "благоприятных" участках. В почвах был обнаружен геосмин и 2-метилизоборнеол, причем их содержание было значительно выше в почве из благоприятных мест гнездования.

Кроме того, авторы подтвердили, какие именно грибки убивают муравьев. Для этого они собирали погибших маток и держали на влажной фильтровальной бумаге до тех пор, пока из их тел не вырастали грибы. Затем грибы собирали и выращивали в питательной среде. В результате они определили видовую принадлежность грибков — они относились к родам Aspergillus, Metarhizium и Beauveria, «родственница» знаменитого кордицепса Ophiocordyceps. В телах самок, погибших на благоприятной почве, не было найдено следов патогенных грибков.

В следующем эксперименте ученым нужно было убедиться, что бактерии действительно подавляют рост грибков. Для этого они выращивали грибки в чашке Петри, а затем добавляли актинобактерии. Все они оказались способными уменьшать рост грибов — диаметр колонии в чашке с добавлением бактерий был значительно меньше, чем в контроле (без них).
Наконец, в последней фазе эксперимента они определили, действительно ли муравьи могут отличать почву с актинобактериями. Они использовали ольфактометр — прибор, представляющий собой стеклянную камеру с тремя «коридорами». В двух из коридорах находились образцы почвы из благоприятных и неблагоприятных для муравьев мест, а третий, пустой, служил контролем. В центр камеры исследователи помещали около 40 рабочих муравьев и около десятка королев и наблюдали за их перемещениями: в какой из коридоров шли муравьи. Эксперимент повторяли пять раз, причем перед каждым повтором камеру протирали спиртом, чтобы стереть запаховые дорожки, меняли местами образцы почвы и запускали в лабиринт новых, еще «неопытных» муравьев. В результате было установлено, что около 170 муравьев из 200 исследуемых ползли в сторону рукава с благоприятной почвой.

Эти результаты подтверждают, что актинобактерии Streptomyces и Nocardiopsis действительно выделяют особые вещества, которые привлекают муравьев — геосмин и 2-метилизоборнеол, и сами почвенные бактерии подавляют рост энтомопатогенных грибов, способных причинить вред муравьиной семье. Полученные данные, как отмечают ученые, — первое подтверждение влияния химических сигналов почвенных микроорганизмов на выбор гнезда для только что спарившихся маток.
Красный огненный муравей является одним из самых опасных видов инвазивных муравьев, вредителем сельскохозяйственных культур. Полученные данные могут помочь сдержать распространение S. invicta путем изменения почвенной микробиоты.

Наталья Гуськова

https://nplus1.ru/