Еще с детства нас учат, что микробы несут вред человеку, вызывают ряд острых инфекционных заболеваний и могут привести к довольно тяжелым последствиям для здоровья. В то же время мы знаем о паразитической жизни в нашем кишечнике бактерий, активность которых не только не вредит нашему здоровью, но наоборот, очень помогает – например, переваривать и усваивать продукты питания.
Эти примеры показывают, что микроорганизмы могут быть как губительными для организмов-хозяев, так и полезными. Однако в таком случае непонятно, какая именно сила движет эволюцией патогенных микроскопических созданий, если они могут спокойно расти и размножаться в организмах хозяев.
Саранча с давних пор наводила ужас на земледельцев своим непредсказуемым и опустошительным появлением. Нашествие саранчи особенно устрашающе, потому как все особи многотысячной, а иногда и многомиллионной, орды могут одновременно подняться в воздух и закрыть собой солнце, равно как мгновенно опуститься на землю и уничтожить свежие посевы.
Чем вызвана такая организованность поведения несметных полчищ прожорливых насекомых ученые долго не могли понять.
Как показали совместные исследования ученых из университетов Принстона, Оксфорда и Сиднея поведением стай саранчи движет не только голод, но и страх самому быть съеденным. Работа ученых опубликована в последнем выпуске Current Biology.
То, что саранча, в отсутствие необходимого количества пищи, может набрасываться на сородичей, было известно уже давно, однако никто не придавал этому значения, и, уж тем более, не пытался увидеть в каннибализме движущую силу коллективного поведения.
Механизм поведения стаи саранчи, в которой начались попытки каннибализма примерно следующий – одна из особей, где-то в центре стаи, набрасывается на другую, которая в свою очередь отпрыгивает в сторону. При этом, так как со всех сторон жертву и каннибала окружают такие же особи они в свою очередь стремятся удалиться от агрессивно настроенного собрата и так же удаляются в сторону более спокойно настроенных особей. Тревожное настроение передается и тем и так далее процесс развивается лавинообразно и молниеносно. Таким образом каждая особь саранчи, движимая страхом быть съеденной, стремится все время выбраться из центра стаи на её периферию.
Для того, чтобы выявить подобные закономерности поведения саранчи, ученые наблюдали поведение молодых особей, еще не вставших на крыло. Естественно ученым не пришлось бегать за каждым насекомым отдельно, наблюдать за всей стаей сразу помогла компьютеризированная система.
Интерес ученых к саранче носит отнюдь не праздный характер. Продвижение стай молодой, еще не способной летать саранчи еще поддается какому-то контролю, в то время как окрыленная саранча представляет практически фатальную неконтролируемую угрозу для сельского хозяйства. Потому очень важно уметь предсказывать передвижения стай саранчи и предсказывать время, место и причины формирования очередной стаи. Кроме того, принстонских специалистов уже давно интересует управляющая динамика больших стай птиц, рыб и насекомых перемещения которых подчиняются неким стихийным закономерностям.
Развитие же дается бактериям гораздо проще и легче, если подстроить организм хозяина под себя и, используя его ресурсы, развиваться до полного его разрушения. В итоге, конечно, развитие данной колонии микроорганизмов остановится, однако за время жизни инфицированного организма хозяина паразиты вполне могут развиться, размножиться и передаться другому представителю популяции.
Удивительно, но до сих пор эта гипотеза не была подтверждена достаточно вескими экспериментальными доказательствами.
Биологи под руководством Якобуса де Роде из американского Университета Эмори впервые представили первые такие свидетельства. Их работа принята к публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ученые сосредоточили свое внимание на бабочках-монархах семейства данаид (Danaus plexippus), которые часто страдают от инфекции патогенными бактериями Ophryocystis elektroscirrha. Их изучение подтвердило, что заражающая способность и вероятность распространения паразитов внутри популяции тем выше, чем активнее микроорганизмы размножаются в теле хозяина.
Согласно теоретическим представлениям, между процессами разрушения и уничтожения микроорганизмами организма хозяина, распространением заразы и уровнем жизнедеятельности бактерий на пике их репродуктивной активности должен существовать некий компромисс. С одной стороны, уничтожение хозяйского организма может в итоге обречь всю колонию бактерий на голодную смерть. С другой стороны, без интенсивного и резкого увеличения численности микроорганизмов в результате заражения бактериям трудно было бы распространяться и элементарно выживать.
Работа американских ученых впервые хорошо показала существование этого компромисса при передаче бактерий от матери к её потомству.
Заражение бабочек паразитическими O. elektroscirrha у них происходит еще на стадии гусеницы, которые проглатывают зараженные спорами листья. Бактерии проникают в организм гусеницы через стенки кишечника и начинают интенсивно размножаться, формируя новые споры вокруг развивающегося организма бабочки.
В результате интенсивного размножения паразитов бабочки едва доживают до завершения фазы куколок – из гусениц вылупляется очень небольшое число зараженных бабочек. Женские же особи бабочек, несущие в себе паразитический организм, менее активны в репродуктивном цикле, и их продолжительность жизни также существенно короче длины жизни здоровых особей. По мнению учёных, таким образом бактерии ограничивают ареал миграции бабочек, увеличивая плотность популяции, заражённой в результате такого вертикального, от матери к потомству, переноса паразита.
Прояснить наличие компромисса между числом особей бактерий и живучестью зараженного организма должны последующие эксперименты на других видах насекомых. Они же могут прояснить зависимость опасности паразитов от особенностей их горизонтального распространения, когда зараженная особь непосредственно заражает своих сородичей.
