Взаимовыгодное сосуществование пчелиных волков с почвенными бактериями продолжается по меньшей мере с мелового периода. Из поколения в поколение осы передают микроорганизмов своему потомству, но как именно осуществляется этот процесс, до сих пор остается загадкой.
Симбиотические взаимоотношения широко распространены в живой природе и играют ключевую роль в экологии и эволюции большинства организмов. Например, микориза грибов является важнейшим пищевым партнером 90% всех наземных растений. Многие сложившиеся симбиозы способны длиться сотни миллионов лет, но механизм устойчивости таких связей до конца современной науке не ясен, ведь для этого участники симбиоза должны уметь различать своих и чужих.
Показателен в этом отношении «оборонительный союз», заключенный между осами-филантами, часто называемыми «пчелиными волками», и несколькими линиями почвенных бактерий. Филанты охотятся на пчел, которых закапывают затем в подземных гнездах в качестве пищи для подрастающих личинок. Бактериальные симбионты рода Streptomyces, живущие в полостях антенн «пчелиных волков» и на коконах их личинок, вырабатывают коктейль из девяти различных антибиотиков, защищающий личинок от вредных почвенных грибков и бактерий. Во многом эта стратегия напоминает комплексную профилактику, применяемую в человеческой медицине.
Реконструировав филогению нескольких видов филантов и их симбионтов, ученые немецкие палеонтологи из университета Регенсбурга и института химической экологии Макса Планка обнаружили, что симбиоз ос со Streptomyces возник не позже конца мелового периода, то есть около 68 млн лет назад. К настоящему времени уже около 170 видов ос живут в симбиозе с бактериями-«антибиотиками». Как выяснилось, осы разных видов способны обмениваться штаммами бактерий-симбионтов, но происходит ли это в результате хищничества или при повторном использовании гнезд друг друга, пока не ясно.
Кроме того, палеонтологи обнаружили, что осы-филанты способны передавать потомству только определенные штаммы бактерий, связанные с ними длительной симбиотической историей. Для этого осам подсаживали стрептомицесов, принадлежащих посторонним линиям. Как показали наблюдения, чужие бактерии прижились на антеннах филантов, но передача их на коконы личинок не состоялась. Со временем ученые надеются раскрыть молекулярные основы того, как «пчелиным волкам» удается избирательно предотвращать передачу посторонних бактерий.
«Установлено, что «пчелиные волки» иногда заменяют свои бактерии, но при этом они всегда меняют их на симбионта другого вида «волков», – рассказал ведущий автор исследования Мартин Кальтенпрот. – Несмотря на то, что свободно живущие родственники симбиотических бактерий очень распространены в среде обитания этих ос, они, видимо, не в состоянии стабильно поселяться на «пчелиных волках» и заменять собой «родных» симбионтов».
«Недопущение других – потенциально вредных – линий бактерий позволяет избежать заражения личинок. Одновременно осы гарантируют, что их потомство унаследует полезный защитный штамм», – пояснил, в свою очередь, соавтор Кальтенпрота Эрхард Стром. Стратегия передачи полезных симбионтов по наследству представляет собой уникальный пример симбиоза, остающегося стабильным на протяжении миллионов лет, и помогает объяснить изобилие и сохранение симбиотических ассоциаций в мире насекомых, отмечает EurekAlert!
Статья Partner choice and fidelity stabilize coevolution in a Cretaceous-age defensive symbiosis опубликована на портале PNAS.
Doi: 10.1073/pnas.1400457111
