Запах актинобактерій підказав мурашкам сприятливе місце для колонії

Небезпечні комахи — червоні вогняні мурахи — знаходять відповідні місця для будівництва нових колоній по запаху речовин, які виділяють актинобактерії. Ці ж бактерії пригнічують ріст небезпечних для мурах грибків і заодно використовують комах для розселення. У тонкощах відносин мурах, бактерій і грибків розібралися китайські біологи, які описали їх в журналі PLOS Pathogens.

Головна небезпека для ґрунтових комах, зокрема мурах, — паразитичні грибки, які поселяються під хітиновим панциром комах і виділяють токсини, які зрештою вбивають господарів. Поміж таких грибків — знаменитий кордицепс, який змінює поведінку мурах, перетворюючи їх в «зомбі». Раніше вчені з'ясували, що зростання таких грибків пригнічують актинобактерії — саме вони створюють зони, безпечні для комах. Але залишалося незрозумілим, як саме мурашки знаходять такі зони, де можна створити нову колонію.

Хунмей Хуан (Honmeig Huang) з Південно-Китайського сільськогосподарського університету і його колеги з КНР і Німеччині вирішили з'ясувати, як «безгрибкові зони» знаходять червоні вогняні мурашки (Solenopsis invicta). Це інвазивні комахи, їх укуси можуть бути небезпечними для людей. Спочатку вони жили в Південній Америці, а в 1990-і роки з'явилися в США, а з початку 21 століття потрапили в Австралію, Нову Зеландію і Китай. Автори дослідження припустили, що мурах привертає запах геосмін або 2-метілізоборнеола — речовини, які породжують актинобактерії. Саме цей запах, на їхню думку, може служити для мурах сигналом, що вказує, що на цьому місці можна будувати мурашник.

Щоб перевірити цю гіпотезу, вчені досліджували зразки ґрунтів із різних місць проживання мурах на двох ділянках в районі міста Гуанчжоу. За допомогою газової хроматографії і мас-спектрометрії вони шукали в зразках геосмін і 2-метілізоборнеол, а потім за допомогою полімеразної ланцюгової реакції визначали, чи є в ґрунті актинобактерії. Кількісний ПЛР-аналіз підтвердив, що зміст Streptomyces і Nocardiopsis в ґрунті був значно вищий на "сприятливих" ділянках. У ґрунтах був виявлений геосмін і 2-метілізоборнеол, причому їх зміст було значно вищий у ґрунті з сприятливих місць гніздування.

Крім того, автори підтвердили, які саме грибки вбивають мурах. Для цього вони збирали загиблих маток і тримали на вологому фільтрувальному папері до тих пір, поки з їх тіл не виростали гриби. Потім гриби збирали і вирощували в живильному середовищі. В результаті вони визначили видову приналежність грибків — вони належати до родів Aspergillus, Metarhizium і Beauveria, «родичка» знаменитого кордицепса Ophiocordyceps. У тілах самок, які загинули на сприятливому ґрунті, не було знайдено слідів патогенних грибків.

У наступному експерименті вченим потрібно було переконатися, що бактерії дійсно пригнічують ріст грибків. Для цього вони вирощували грибки в чашці Петрі, а потім додавали актинобактерії. Усі вони виявилися здатними зменшувати ріст грибів — діаметр колонії в чашці з додаванням бактерій був значно менший, ніж в контролі (без них).

Нарешті, в останній фазі експерименту вони визначили, чи дійсно мурахи можуть відрізняти ґрунт з актинобактеріями. Вони використовували ольфактометрій — прилад, який являти собою скляну камеру з трьома «коридорами». У двох з коридорів знаходилися зразки ґрунту з сприятливими і несприятливими для мурах місць, а третій, порожній, служив контролем. У центр камери дослідники поміщали близько 40 робочих мурах і близько десятка королев і спостерігали за їх переміщеннями: в який з коридорів йшли мурашки. Експеримент повторювали п'ять разів, причому перед кожним повтором камеру протирали спиртом, щоб стерти запахові доріжки, міняли місцями зразки ґрунту і запускали в лабіринт нових, ще «недосвідчених» мурах. В результаті було встановлено, що близько 170 мурах з 200 досліджуваних повзли в сторону рукава з сприятливим ґрунтом.

Поведінка королев S. invicta в ольфактометрія. Буквою «а» позначений рукав з ґрунтом, що містить актинобактерії.

Ці результати підтверджують, що актинобактерії Streptomyces і Nocardiopsis дійсно виділяють особливі речовини, які залучають мурах — геосмін і 2-метілізоборнеол, і самі грантові бактерії пригнічують ріст ентомопатогенних грибів, здатних заподіяти шкоду мурашиній сім'ї. Отримані дані, як відзначають вчені, — перше підтвердження впливу хімічних сигналів ґрунтових мікроорганізмів на вибір гнізда для маток.

Червона вогненна мураха є одним із найнебезпечніших видів інвазивних мурах, який шкодить сільськогосподарським культурам.