Симбиотические бактерии помогают жукам выращивать съедобные грибы

Жук‑лубоед Dendroctonus frontalis, которого в США называют южным сосновым жуком, наносит большой урон сосновым лесам на юго‑востоке США. Неудивительно, что ученые стараются как можно лучше изучить его биологию, чтобы придумать, как с ним бороться.

Этот жук прогрызает под корой сосны извилистые ходы и засевает их грибом Entomocorticium, который служит пищей личинкам жука. Взрослые жуки бережно хранят небольшое количество гиф и спор гриба – посевной материал для плантаций – в особых углублениях (микангиях) на нижней стороне груди.

Жучьим посевам вредит другой гриб – Ophiostoma, который не годится в пищу личинкам и является агрессивным «сорняком». Гриб‑сорняк действует не в одиночку, у него тоже есть покровители‑симбионты – маленькие клещи, которые перебираются с одного дерева на другое, прицепившись к жуку‑лубоеду. Клещи питаются грибом Ophiostoma, а в качестве «платы за услуги» помогают грибу распространяться по лесам и попадать в галереи жуков‑грибоводов. У клещей для переноса грибов тоже есть специальные углубления на теле, подобные микангиям жуков. В этой сложной симбиотической системе есть еще один участник, гриб Ceratocystiopsis, который состоит во взаимовыгодных отношениях с клещами, но может также служить пищей личинкам жука.

Изучая содержимое микангиев и засеянных грибами ходов под электронным микроскопом, американские биологи обнаружили там помимо перечисленных трех видов грибов тонкие нити актинобактерий (Scott et al., 2008). Актинобактерии – своеобразная и очень древняя группа прокариот, представители которой образуют ветвящиеся многоклеточные структуры, похожие на грибницу. Неудивительно, что до недавних пор актинобактерий считали грибами и называли «актиномицетами». Сходство с грибами у этих бактерий настолько велико, что они, подобно настоящим грибам, способны образовывать симбиотические комплексы с одноклеточными водорослями. Эти комплексы называют актинолишайниками.

Актинобактерии – большие мастера по производству антибиотиков. Недавно было показано, что муравьи‑листорезы, выращивающие съедобные грибы на грядках из пережеванных листьев, защищают свои огороды от паразитов при помощи антибиотиков, выделяемых симбиотическими актинобактериями (Currie et al., 2006). Поэтому, обнаружив актинобактерий в микангиях и «грибных галереях» жуков‑лубоедов, ученые сразу предположили, что и в данном случае, как у муравьев‑листорезов, может иметь место симбиоз между жуками и актинобактериями, производящими антибиотик.

Как выяснилось, жуки носят в своих микангиях две разновидности актинобактерий – белую и красную. Белая разновидность не приносит жукам пользы, зато красная эффективно подавляет рост гриба‑сорняка Ophiostoma. Таким образом, актинобактерии, подобно гербицидам на наших посевах, действительно помогают жукам бороться за высокие урожаи.

Ученые выделили из красных актинобактерий действующее вещество, которое оказалось неизвестным ранее антибиотиком. Его назвали «микангимицином». Дальнейшие исследования показали, что микангимицин производится в больших количествах красными актинобактериями, а белые не выделяют его совсем. Чистый микангимицин подавляет рост обоих грибов – и «полезного» Entomocorticium, и «вредного» Ophiostoma, однако для этого требуются разные концентрации антибиотика. Чтобы затормозить рост гриба‑сорняка, достаточно низких концентраций микангимицина. Чтобы в такой же степени замедлить рост съедобного гриба, концентрация должна быть повышена в 20 раз.

Открытие показало, что сложные сельскохозяйственные симбиотические системы, включающие помимо культивируемого гриба еще и бактерию – своего рода гербицид, не являются уникальной особенностью муравьев‑листорезов. Таким образом, все черты цивилизованного сельского хозяйства – отбор на полезные свойства, сорняки, гербициды – можно увидеть и в «нецивилизованных» сообществах.

–––––

Глава 6