Исследователи из Тель-Авивского университета обнаружили, что кишечный микробиом одиночной саранчи претерпевает значительные изменения, когда насекомое присоединяется к стае своих сородичей. Это первый случай, когда, чтобы объяснить роение саранчи, выдвигается гипотеза о связи этого процесса с симбиотическими кишечными бактериями.
Исследование показало, что бактерии рода Weissella, почти полностью отсутствующие в микробиоме одиночной саранчи, становятся доминирующими в стадной фазе. Более того, специально разработанная математическая модель указывает, что образование крупных скоплений саранчи дает этим бактериям потенциальные эволюционные преимущества, позволяя им распространяться и заражать большое количество насекомых.
Авторы работы говорят: «Полученные результаты не доказывают однозначно, что эти бактерии вызывают скопление и миграцию саранчи. Однако они побуждают нас выдвинуть новую гипотезу о том, что микробиом, и в частности бактерии Weissella, играют важную роль в индуцировании стай саранчи». Авторы работы надеются, что новое понимание механизмов роения саранчи будет способствовать разработке средств для борьбы с нашествиями саранчи, которые до сих пор представляют серьезную угрозу для многих стран.
Более двух десятков видов из семейства саранчовых (Acrididae) обладают способностью существовать в двух формах: одиночной (оседлой) и стадной (перелетной). Представители двух форм одного вида значительно различаются внешним видом, физиологией и особенностями поведения, так что в старину энтомологи иногда даже описывали стадную форму саранчи как особый вид. В условиях дефицита пищи представители перелетной формы саранчи могут образовывать огромные скопления, которые отправляются на поиски богатых растительностью мест. Наиболее знамениты среди них пустынная саранча (Schistocerca gregaria) и перелетная саранча (Locusta migratoria).
За день стая саранчи преодолевает расстояние до сотни километров. Крупные стаи саранчовых могут содержать до 80 миллионов особей на квадратный километр, а размер всей стаи — достигать нескольких сотен квадратных километров. Со временем насекомые становятся более сплоченными, а группы концентрируются на меньшей площади. Во время нашествия пустынной саранчи в Африке, на Ближнем Востоке и в Азии, продолжавшегося с 1966 по 1969 год, количество саранчи увеличилось с 2 до 30 миллиардов за два поколения, но площадь поражения уменьшилась с более чем 100 000 кв. км до 5000 кв. км.
Выдающийся вклад в изучение саранчи внес русский энтомолог Борис Уваров (1886–1970). Свои открытия он сделал при изучении перелетной саранчи на Кавказе, одиночную и стадную фазы которой ранее считали отдельными видами (Locusta migratoria и Locusta danica). Уваров в 1945 году стал первым директором Центра противосаранчовых исследований в Лондоне.
Роевое поведение саранчи возникает как реакция на скученность. Повышенная тактильная стимуляция задних ног вызывает повышение уровня серотонина в организме насекомого. Это приводит к тому, что саранча меняет окраску, начинает есть гораздо больше и быстрее размножается. Превращение саранчи в стайную форму вызывается несколькими тактильными контактами с сородичами в минуту в течение четырехчасового периода. Причиной образования стадной формы считается нехватка пищи, но конкретные физиологические механизмы, обеспечивающие этот процесс, остаются неясными. В качестве триггеров такого явления предлагались дефицит белка и особые феромоны, выделяемые насекомыми и побуждающие их собираться в группы.
Руководитель нынешнего исследования профессор Амир Аяли рассказывает: «Стаи саранчи, уничтожающие все посевы на своем пути, были основной причиной голода с библейских времен и до наших дней. За последние три года значительные регионы Африки, Индии и Пакистана сильно пострадали от вспышек саранчи, и ожидается, что изменение климата еще больше усугубит проблему. Стаи саранчи образуются, когда отдельные особи, обычно одиночные и безвредные, собираются вместе и начинают мигрировать. Однако причины такого поведения остаются в значительной степени неизвестными, и эффективное решение еще предстоит найти. После недавних исследований, указывающих на то, что микробиомы могут влиять на социальное поведение своих хозяев, мы выдвинули гипотезу, что микробиомы саранчи могут играть роль в их агрегационном поведении».
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи изучили кишечный микробиом саранчи, выращенной в лаборатории, и обнаружили глубокие изменения, когда особи, выращенные в одиночных условиях, присоединились к группе из примерно 200 сородичей. Наибольшие изменения наблюдались среди бактерий рода Weissella. Затем исследователи разработали математическую модель для анализа условий, при которых возникновение крупных стай саранчи дает значительные эволюционные преимущества для бактерий Weissella, позволяя этим бактериям распространяться на множество других хозяев. Основываясь на этих результатах, исследователи предполагают, что бактерии Weissella могут играть важную роль в изменении поведения саранчи. Другими словами, бактерии могут каким-то образом побуждать своих хозяев изменить поведение и делать их более склонными к объединению с сородичами.
Работа опубликована в журнале Environmental Microbiology.
Источник:
