Симбиоз пчелиных волков: Защитный щит для союзников

Исследователи из Института химической экологии Макса Планка в Йене и Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце сообщают в новом исследовании в журнале PNAS, что симбиоз пчелиных волков с их бактериальными помощниками включает защиту симбионтов от токсичного оксида азота, который выделяют яйца пчелиных волков для дезинфекции выводковой камеры. Белый секрет из антенн самок пчелиных волков, который также содержит симбионтов, обеспечивает эффективный барьер для диффузии.

Пчелиные волки, род одиночных роющих ос, содержат симбиотические бактерии в своих антеннах. Эти симбионты производят антибиотический коктейль из до 49 различных веществ, защищающий их личинок от плесени. Самки насекомых ловят медоносных пчёл, парализуют их укусом и затаскивают в заранее построенные подземные выводковые камеры. Затем они откладывают яйца на пчёл, которые служат пищей для вылупляющихся личинок. При откладывании яиц самки пчелиных волков помещают симбиотические бактерии в белой массе на потолок выводковых камер.

Яйца пчелиных волков выделяют токсичный оксид азота для защиты от плесени

Потомство пчелиных волков и пчёлы постоянно находятся под угрозой плесневых грибов, которые быстро образуются во влажной почве выводковой камеры и сильно ограничивают срок хранения источника пищи личинки. Из предыдущих исследований учёные знали, что яйца пчелиных волков выделяют токсичный газ оксид азота, чтобы убить плесневые грибы в выводковой камере.

"Для нас, людей, оксид азота в основном известен как распространённый компонент автомобильных выхлопов. Свободный радикал может повредить дыхательную систему и нарушить транспорт кислорода в организме, поэтому выхлопные газы так опасны для нашего здоровья. Яйцо пчелиного волка использует токсичные свойства оксида азота для обеззараживания выводковой камеры, в которой оно развивается, предотвращая атаку патогенов. Однако полезный симбионт пчелиного волка, производящий антибиотики, также присутствует в выводковой камере, когда выделяется оксид азота, поэтому мы хотели выяснить, как он выживает после выброса токсичного газа из яйца", — говорит ведущий автор Тобиас Энгл.

Изначально исследователи предполагали, что бактерии могут защищаться от отравления. Эта гипотеза подтверждалась тем, что при столкновении симбионтов с газом в условиях in vitro, т.е. вне естественной среды в чашке Петри, активируются гены, участвующие в защите от газа.

"Дальнейшие эксперименты показали, что этой реакции недостаточно, чтобы выжить при высоких концентрациях оксида азота в выводковой камере, и что симбионты в выводковой камере фактически вообще не проявляют этой реакции", — говорит Шанталь Ингхэм.

Углеводороды в секрете антеннальных желёз пчелиных волков обеспечивают защиту

Учёные нашли ключ к решению своего вопроса, когда внимательнее изучили белое вещество, выделяемое из антеннальных желёз самок пчелиных волков. В частности, исследовательская группа изучила влияние секрета и содержащихся в нём углеводородов на токсичный оксид азота.

Эксперименты показали, что углеводороды, окружающие симбиотические бактерии в секрете антеннальной железы пчелиного волка, блокируют диффузию оксида азота и предотвращают повреждение бактерий токсичным газом. "Это один из немногих примеров, который наглядно иллюстрирует, как насекомое может защищать своих собственных симбионтов во время уязвимой фазы передачи от одного поколения к другому. Он также описывает ещё одну увлекательную функцию углеводородов, которые у насекомых в первую очередь защищают от высыхания и естественных врагов и опосредуют химическую коммуникацию", — говорит Тобиас Энгл.

У многих видов насекомых симбиотические бактерии передаются от одного поколения хозяев к другому. С одной стороны, эта передача может происходить через зародышевую линию. Однако часто симбионты локализуются вне хозяина в течение некоторого времени во время передачи.

"Для большинства этих симбиозов неясно, как симбионтам удаётся выжить вне хозяина, от которого они обычно сильно зависят. Симбиоз пчелиных волков — это увлекательный пример взаимной защиты: симбионты защищают хозяина от патогенов, производя антибиотики", — говорит руководитель исследования Мартин Кальтенпот.

"Хозяин, в свою очередь, защищает своих симбионтов от собственных защитных механизмов против патогенов, производя слой углеводородов. Таким образом, представленный здесь механизм демонстрирует, как эти роющие осы могут защищаться от патогенов, сохраняя при этом симбиоз со своими бактериальными помощниками".

Дальнейшие эксперименты покажут, особенно ли хорошо подходит специальная углеводородная смесь пчелиного волка для защиты симбионтов или же в принципе любой углеводород может выполнять эту задачу.