Использование ядовитых соединений лягушек для контроля огненных муравьёв

Красный огненный муравей Solenopsis invicta, случайно завезённый в США из Южной Америки в 1930-х годах, наносит серьёзный ущерб: уничтожает популяции мелких животных, повреждает урожай и растения, а его болезненные укусы опасны для людей и скота. Учёные ищут эффективные методы контроля этого вредителя.

Исследователи во главе с Робертом Вандер Меером из USDA ARS решили проверить, могут ли токсичные алкалоиды из кожи ядовитых лягушек отпугивать огненных муравьёв. Эти алкалоиды были открыты в 1960-х годах, но коренные народы Америки использовали их для отравления стрел задолго до этого. Лягушки не производят алкалоиды сами, а накапливают их, поедая членистоногих (многоножек, муравьёв, клещей), которые их синтезируют.

Команда разработала метод оценки токсичности 20 алкалоидов, большинство из которых были выделены из кожных экстрактов лягушек. Не все соединения были эффективны против S. invicta в природных концентрациях, но некоторые показали высокую эффективность.

Например, тропический огненный муравей S. geminata обитает в одной среде с лягушкой Oophaga pumilio. Основной алкалоид S. geminata был обнаружен на коже этой лягушки, что доказывает, что она поедает таких муравьёв. Однако в биотестах этот алкалоид оказался не очень эффективен против S. invicta.

Интересно, что у O. pumilio разнообразный рацион. Алкалоиды, полученные из клещей, также были найдены на её коже, и эти соединения оказались высокоэффективны для обездвиживания S. invicta.

Разнообразное питание, по-видимому, защищает лягушек от нападения муравьёв. Это подтверждается наблюдением, что ядовитые лягушки в естественной среде не атакуются хищными муравьями, но если их вырастить на диете без алкалоидов, муравьи их атакуют. Лягушки могут модифицировать полученные из членистоногих соединения, но без исходных веществ синтезировать алкалоиды не могут.

Исследование, опубликованное в Naturwissenschaften в январе 2013 года, расширяет понимание функций алкалоидов, включая защиту от хищничества муравьёв.

В более ранней работе, опубликованной в PNAS, учёные тестировали алкалоиды лягушек против комара Aedes aegypti (переносчика жёлтой лихорадки). Наиболее эффективным оказался пумилиотоксин 251D. Комары, садившиеся на обработанные им поверхности, теряли способность летать и погибали. Натуральная структура 251D была в 10 раз более эффективна, чем её аналоги.

Открытие, что пумилиотоксин 251D и другие алкалоиды действуют при контакте с членистоногими (муравьями и комарами), является значимым. Предыдущие исследования, где 251D вводили насекомым инъекционно (например, гусеницам табачного бражника), упускали его ключевое свойство — способность действовать как контактный токсин, проникая через покровы насекомого.

"Передача заболеваний комарами — растущая глобальная проблема", — отмечает Вандер Меер. — "Производные этих алкалоидов могут быть полезны в будущем, поскольку при нанесении на поверхности они вызывают гибель севших на них комаров, предотвращая укусы и передачу болезней".

Основная проблема — высокая токсичность пумилиотоксина 251D. Учёты предполагают, что другие алкалоиды или их производные могут обладать большей эффективностью против комаров и меньшей токсичностью для млекопитающих. Необходимы дальнейшие исследования для поиска соединений, сохраняющих желаемые эффекты при сниженной токсичности.