Бактерии помогают клопам бороться с ядами изнутри

Если отравился - скушай бактерию!

Недавно японские ученые выяснили один оригинальный способ, при помощи которого насекомые могут приспосабливаться к действию самых сильных инсектицидов. Им помогают нейтрализовать яд особые бактерии, которых вредитель предварительно "приглашает" пожить у себя в кишечнике. Поскольку то, что для насекомого — смерть, для бактерий — всего лишь пища.

Фото:

Давно известно, что насекомые моментально привыкают к ядам, которыми их в течение уже более чем сотни лет травят люди. Это обуславливается некоторыми особенностями строения организма шестиногих вредителей. Так, у каждого насекомого промежутки между системами органов заполнены жировым телом — тканью, клетки которой могут впитывать и нейтрализовать ядовитые вещества.

Кроме того, у насекомых нет замкнутой кровеносной системы и, что самое важное, дыхательная система с ней вообще не связана. То есть ядовитое вещество, которое вдохнул вредитель, не может быстро распространиться по организму с током крови. Получается, что любой яд проникает в тело очень медленно, а следовательно, у насекомого есть время для того, чтобы "придумать" противоядие.

Однако, как показали исследования, для того, чтобы окончательно "привыкнуть" к определенному инсектициду, насекомым все же нужно сменить несколько поколений. За это время необходимая для привыкания мутация будет "поймана" и закреплена в геноме с помощью естественного отбора. Тем не менее, в последнее время накопились данные о том, что некоторые шестиногие вредители научились привыкать к инсектицидам куда быстрее — всего-то за время жизни одного поколения.

И в числе таких "торопыг" — печально известный клоп Riptortus pedestris, опустошающий плантации сои в Восточной Азии. Это не особенно крупное насекомое атакует листья и побеги растений, прокалывая своим хоботком покровные ткани и высасывая из клеток их жидкое содержимое. Молодежь клопа, обитающая внизу, таким же способом поступает с корнями сои. И хоть ущерб от питания самого клопа не очень-то и велик, однако эти любители сладких соков все же уничтожают миллионы растений, поскольку, питаясь таким способом, переносят бактериальные и вирусные инфекции от одного растения к другому.

С этим вредителем люди пытались бороться при помощи мощного инсектицида под названием фенитротион, от которого погибает сразу до 80 процентов насекомых (это очень хорошие показатели: обычно любой инсектицид с первого раза уничтожает лишь 60 процентов популяции). Однако дезинсекторы были поражены — загадочные клопы вовсе не хотели дохнуть, как мухи от дихлофоса! Создавалось впечатление, что инсектицид на них вообще не действует. Это было достаточно странно — ведь в лаборатории ядовитое вещество показало очень хорошие результаты, и многие родственники зловещего Riptortus pedestris умирали от его действия практически сразу.

Группа японских ученых, работающих в Йельском университете (США) под руководством профессора Кикути Ясимото, решила выяснить, в чем тут дело. Сначала они опробовали инсектицид на клопах, выращенных в лаборатории. Результаты впечатлили — при первой же атаке погибло 90 процентов насекомых. Значит, дело было не в самом ядовитом веществе, а в том, что в дикой природе вредители умеют быстро доставать противоядие. Однако что за вещество может выступать в качестве такового?

Сравнив биохимический состав организмов диких и лабораторных клопов, ученые не нашли между ними никакой принципиальной разницы. Однако они обнаружили другое — кишечники диких клопов содержали множество разнообразных симбиотических бактерий из группы Burkholderia, которые насекомые получают из почвы уже после вылупления из яйца. А вот у лабораторных клопов их не было — особям, выросшим в стерильных условиях, их просто неоткуда было взять.

Уже давно известно, что между данными бактериями и клопами существует тесная связь. Так, "инфицированный" клоп вырастает более крупным, чем тот, кому бактерий не досталось. По всей видимости, клопы подкармливают бактерий усвоенными сахарами, а те взамен снабжают своих хозяев аминокислотами и витаминами. Однако, как выяснила группа профессора Кикути, некоторые Burkholderia из кишечников клопов питаются не только углеводами. Для нормальной жизни им нужен… тот самый фенитротион!

Эксперименты показали, что этот инсектицид используется бактериями из некоторых штаммов как пища. Конечно же, обычно представителей таких штаммов в почве мало. Однако, как выяснили исследователи, если обработать землю фенитротионом, то всего лишь через месяц доля бактерий, способных его расщеплять, вырастет до 80 процентов от исходной популяции. Микроорганизмы очень быстро перестраивают свой обмен веществ, если имеется подходящая еда, и случай с инсектицидом не является здесь исключением.

В итоге получается интересная картина — при опрыскивании посевов инсектицидом доля бактерий, способных его нейтрализовать, сразу же начинает увеличиваться. В свою очередь молодые клопы, почувствовав, что пахнет жареным, начинают усиленно поглощать именно потребляющих этот яд представителей Burkholderia, которых теперь даже и искать-то не надо. Благодаря этому доля устойчивых к инсектициду клопов также возрастает — налицо эффект, который ученые называют положительной обратной связью.

Читайте также: Сальмонелла нам не враг, а друг

Конечно же, на первый взгляд организация отношений между клопами и бактериями кажется неэффективной — ведь насекомые не получают симбионта по наследству, а вынуждены всякий раз искать его заново. Но в действительности выходит, что это-то и спасает клопов от гибели. Если бы бактерии стали постоянными симбионтами, то они, скорее всего, утратили бы способность быстро перестраивать свой обмен веществ и не смогли бы сделать своих хозяев устойчивыми к действию инсектицида. А так у них сохраняется возможность быстро приспосабливаться к новым условиям и оперативно изменять свой метаболизм именно так, чтобы нейтрализовать яд.

Как видите, на самом деле клопам даже выгодно то, что их "сотоварищи" не утратили свою свободу и независимость. А вот людям от этого — сплошные убытки…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"