Полный карман бактерий помогает этим жукам пережить самые драматические изменения в их жизни

Два вида жуков, питающихся соей, разработали "карманы" для хранения полезных бактерий во время метаморфоза.

Отредактировано 2023-07-08
Глянцевый жук на влажном листеМолодые

Когда жуки Lagria, род пушистых жуков медного цвета, живущих на соевых растениях, откладывают яйца, они защищают их специальным соком. Набор желез у репродуктивных органов матери смазывает кладку симбиотическими бактериями. По мере роста яиц полезные бактерии вырабатывают химические вещества, которые борются с плесенью и другими вредными микробами, подобно домашнему противогрибковому крему.

Когда эти малыши вылупятся в личинки, они будут носить бактерии с собой до конца жизни, а самки передадут их своим яйцам. Но жуки-лагриарии проходят через метаморфозы: Они исчезают в куколке и появляются на свет с совершенно новым телом. Как же они удерживают своих бактериальных партнеров во время трансформации? Согласно исследованию, опубликованному на этой неделе в журнале Frontiers in Physiology, у двух видов личинок Lagria на спине появились "карманы", в которых бактерии хранятся во время метаморфоза.

Множество насекомых зависят от микробов для защиты или даже для регуляции своего поведения. И поэтому они неоднократно развивали инструменты для переноса этих партнеров по жизни. "Существует множество уникальных структур [для переноса симбионтов]", - говорит Ребекка Янке, ведущий автор исследования и докторант по экологии Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга в Германии. Один из видов хищных ос, называемый волком, прививает своему потомству бактерии, хранящиеся в его усиках. Листогрызущие долгоносики складывают бактерии в мешочек на брюшке. "Но это всегда происходит во взрослой стадии", - говорит Янке. У других насекомых личинки даже прячут свои бактерии в окружающей среде, а потом забирают их, когда становятся взрослыми. "Но жукам Lagria не нужно ни убежище, ни место для их хранения. Они всегда с ними".

"Это отличный пример того, как хозяева внедряют инновации для поддержки своих микробных партнеров", - говорит Тобин Хаммер, который исследует симбиозы в Калифорнийском университете в Ирвайне и не участвовал в работе над статьей. "Подобные симбионты могут оказывать полезные услуги хозяевам, но они также, как правило, хрупки".

Изучение бактерий жука лагрии, называемых Burkholderia, представляет особую сложность, поскольку исследователи не смогли вырастить бактерии в лаборатории. "Мой руководитель пытался вырастить [симбионт], я пытался вырастить его, потом еще два студента пытались вырастить его, и у нас есть еще один доктор наук, который сейчас пытается это сделать", - говорит Янке. Поэтому вместо этого они поместили в карманы микроскопические светящиеся бусинки, за которыми можно было наблюдать на протяжении всего жизненного цикла насекомого.

Когда наступает время метаморфоза, личинки жука-лагриаса прячутся в листовой подстилке под растениями сои. В течение примерно шести дней "они просто лежат вокруг, и они все еще относительно беловатые", - говорит Янке. "У них нет кокона, это просто маленькая хлюпающая штука". Внутри у них растут ноги, гениталии и крылья. Но пока происходит эта трансформация, карманы остаются на месте снаружи куколки, защищая бактериальных партнеров. Когда взрослые жуки полностью сформируются, задняя часть куколки разрывается, прямо вдоль линии, по которой распространяются бактерии. "Затем жуки выползают наружу, и симбионты переносятся по всему телу."

Янке говорит, что неясно, как бактерии, которые не имеют очевидного способа передвигаться самостоятельно, затем колонизируют железы взрослой самки. Но тот факт, что микробы настолько неподвижны, и их так сложно поселить где-либо, кроме как внутри жука, позволяет предположить, что, хотя жуки сформировали свое тело для переноса бактерий, эти крошечные спутники растут в полной зависимости от среды обитания, которую предоставляет им жук. "Эксперимент авторов с использованием латексных шариков показывает, насколько сильно хозяин отвечает за то, куда и когда отправятся симбионты", - отмечает Хаммер.

Другие подобные типы бактерий не столь специализированы. Янке говорит, что команде удалось вырастить родственный штамм, который иногда появляется в жуках, но чаще всего встречается как патоген в самих растениях сои. Янке говорит, что вполне возможно, что взрослые жуки также собирают некоторые симбионты во время еды. "Было бы также интересно узнать, сопровождаются ли эти карманы экологическими издержками", - отмечает Хаммер. "Например, в дикой природе, возможно, они могут быть захвачены паразитами или патогенами для дальнейшего распространения".

Возможно, именно так и развивалось партнерство: После того, как жуки притерлись друг к другу, поедая соевые растения, они, возможно, взяли себе сторожевого пса, а бактерии стали перебираться с растения на растение. Янке говорит, что, несмотря на все усилия насекомых защитить свою бактерию, "как симбионт получает выгоду от хозяина, всегда остается немного неясным".