Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Муравьи используют собственный яд, как дезинфицирующее средство.
Бактерии можно найти практически в любой среде обитания на Земле, и кишечник насекомых не является исключением. В кишечнике, бактерии способствуют расщеплению сложных питательных веществ на более простые, которые потребляются хозяином. Постоянный доступ питательных веществ является необходимым фактором для выживания этих кишечных микроорганизмов. Однако, новая пища, начинающая свой цикл пищеварения, может содержать патогенные микробы, способные выделять токсичные вещества опасные для хозяина.
Муравьи, осы, пчелы и термиты, проживающие в социальном сообществе или улье, хранят пищу в своем желудке. Это не только облегчает процесс транспорта питательных веществ, но также помогает с кормлением членов своей колонии через процесс под названием трофаллаксис. Такое кормление происходит за счет отрыгивания содержимого желудка, а затем передачи этой массы изо рта одного члена колонии в рот другому. Одновременно интимное и отвратительное занятие, не правда ли? Хотя такой способ питания, и вправду, делает передачу полезных микробов легче, это также может привести к передаче нежелательных микробов-оппортунистов.
В проведенном исследовании, ученые отслеживали поведение муравьев, и как они отличают вредные микроорганизмы от полезных в процессе передачи пищи. В частности, они сфокусировали свое внимание на флоридском муравье-древоточце (Camponotus floridanus) и на том, как этот муравей использует свой же кислотный яд в качестве защитного оружия! Оказалось, что этот вид использует кислоту для дезинфекции пищи, позволяя кислотоустойчивым бактериям проникать внутрь.
Исследователи начали свой эксперимент с изучения семи различных видов муравьев и измерения уровня кислотности в их средней кишке. Средняя кишка насекомых напоминает тонкий кишечник человека, где начинается всасывание питательных веществ. Они обнаружили, что питательные вещества, сохраненные в средней кишке, имеют довольно кислотное значение pH (от 2 до 4). Однако, внутренняя среда самой средней кишки является менее кислотной.
Для сравения, pH желудка у людей достигает 2, а значение pH в тонком кишечнике – около 6. Муравьи используют отличный от людей механизм для поддержания низкого уровня pH, и этот механизм включает в себя потребление собственного кислотного “яда”. Такой яд обычно используется для защиты от хищников, и вырабатывается специальной железой на их теле. Капли яда выходят из отверстия, называемого ацидопора, и содержат 37 химических веществ, включая муравьиную кислоту. Муравьи “слизывают” яд со своего же тела!
Доказав, что кислотный яд действительно является причиной низкого значения pH питательных веществ, группа задалась следующим вопросом: Позволяет ли проглатывание этого яда убивать бактериальные патогены? Чтобы это выяснить, ученые кормили муравьев-древоточцев медом с патогенными бактериями Serratia marcescens, которые, как известно, имеют свойство убивать муравьев. Затем, исследователи проанализировали выживаемость этих вредных бактерий в разные отрезки времени, и увидели, что уже через четыре часа после поглощения этих бактерий, питательные вещества не содержали жизнеспособных S.marcescens. Даже 30 минут было достаточно, чтобы остановить рост бактерий, и не дать им добраться до средней кишки.
Источник: Оригинальная статья https://elifesciences.org/articles/60287
В следующем эксперименте, исследователи дали всем муравьям зараженную пищу, но на этот раз только половина их них могла проглотить свой кислотный яд для защиты. Затем, они вновь изучили выживаемость муравьев. Наличие кислоты дало муравьям значительное преимущество в выживании, которое было сопоставимо с теми муравьями, которые не получали зараженную бактериями пищу.
Предполагается, что способность проглатывать собственный кислотный яд улучшает выживаемость муравьёв, питающихся зараженной пищей, а также тех муравьев, которые делятся зараженной пищей посредством трофаллаксиса (кормления изо рта в рот). Чтобы это проверить, исследователи создали две пары муравьев, обе имеющие донора и получателя. В обеих парах кислотные железы муравьев-получателей были неактивны. В первой паре донор имел доступ к кислоте, а во второй паре кислотные железы донора были не активны. Как показано на изображении ниже, муравьи-получатели, которые получали зараженную пищу от доноров и которые могли проглотить свой собственный яд, имели более высокую выживаемость, чем муравьи-получатели и муравьи-доноры, которые не могли проглотить кислоту и использовать свои железы.
Источник: Оригинальная статья https://elifesciences.org/articles/60287
Вышеописанные эксперименты доказывают, что муравьиный яд убивает болезнетворные микроорганизмы. А как насчет бактерий, которые могут противостоять этой кислоте? Может ли этот яд действовать как фильтр, пропуская некоторые виды бактерий? Чтобы это выяснить, ученые кормили муравьев едой, содержащей бактерии рода Asaia, которые известны своей способностью к колонизации кишечника различных насекомых. Эксперимент показал, что, в отличии от патогенных бактерий, бактерии рода Asaia не сильно пострадали от кислотной среды питательных веществ. Даже через 48 часов, большое количество живых колоний этой бактерии можно было найти в средней кишке. Этот результат подтверждает гипотезу, что наличие такой кислотной среды в организме муравьев может действовать как химический фильтр, отбирая вредные бактерии и пропуская потенциально полезные.
С помощью этих экспериментов исследователи смогли выявить две новые функции муравьиного яда, который, как ранее считалось, нужен только для защиты от хищников. Яд действует не только как истребитель вредных бактерий, но он также является химическим фильтром, пропускающим (потенциально полезные) бактерии. Кислотная среда в желудке также действуют как барьер, предотвращающий распространение болезней в сообществах муравьев.
Исследователи также обнаружили кое-что любопытное: уровень кислотности питательных веществ сильно варьируется в зависимости от того, если ли у муравьев доступ к яду. Что может быть причиной этого? Существуют ли какие-либо дополнительные внутренние или внешние источники, регулирующие уровень кислотности питательных веществ? Зависят ли эти различия от биологического вида муравьев? Могут ли они зависеть от химического состава яда, выделяемого из железы? Существует ли уровень оптимальной кислотности питательных вещества? На все эти вопросы необходимо найти решение в будущих исследованиях, чтобы попытаться разгадать загадки взаимодействия муравьев и их микробов.
Featured image: Black-beaked meadow ant (Formica pratensis) by Pawel Bieniewski. Source: Wikimedia commons, CC BY-SA 4.0
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 