«Никуда друг без друга»: как муравьи образовали единый сложный организм с бактериями

Ученые попытались понять, как образовались симбиотические отношения, которым уже более 50 миллионов лет. Исследователи из Университета Макгилла выявили этапы, в результате которых два очень разных организма — бактерии Blochmannia и муравьи-древоточцы (Camponotus) — стали зависеть друг от друга и объединились в единую сложную форму жизни.

Бактерия Blochmannia и представители крупнейшего рода муравьев Camponotus создали симбиотические отношения, насчитывающие 51 миллион лет, в которых каждый вид больше не мог выживать без другого. Биологи называют такое явление облигатным эндосимбиозом.

Бактерии, которые живут внутри клеток муравья, помогают им перерабатывать азот, что улучшает питание насекомого и положительно влияет на общее состояние колонии. Муравьи, в свою очередь, дают бактериям защищенную клеточную среду и обеспечивают их выживание от одного поколения к другому. Но как они объединились, до сих пор неясно.

Давно известно, что бактерии Blochmannia существуют не только в бактериоцитных клетках эпителия средней кишки муравьев и в кишечных клетках, но и в яичниках самок. Внутри яйцеклеток самок располагается зародышевая плазма — участок цитоплазмы, который определяет развитие клеток зародышевых линий, из которых затем при формировании эмбриона образуются новые яйцеклетки или сперматозоиды.

В зародышевой плазме содержится РНК и белки, которые кодируют гены зародышевой линии. Ученые обнаружили, что зародышевая плазма окружена бактериями Blochmannia, и заподозрили, что микроорганизмы как-то влияют на этот участок цитоплазмы.

«Вместо того, чтобы гены зародышевой линии были локализованы только в одном месте яйца, как у всех других насекомых, здесь они находятся в четырех. Никто никогда не видел ничего подобного ни у одного другого насекомого», — Арджуна Раджакумар, соавтор исследования.

Ученые считают, что эти зоны играют разные роли в интеграции Blochmannia внутрь муравьев в ходе эмбриогенеза.

«Мы также были удивлены тем, что hox-гены, которые определяют структуру тела и обычно появляются на поздних стадиях развития эмбриона, в этом случае появились очень рано и локализовались в тех же четырех местах, что и гены зародышевой линии. Локализация этих генов в этих четырех различных областях создает систему координат в эмбрионе муравья, где каждый выполняет свою функцию по интеграции бактерий», — объясняют исследователи Маттин Рафики и Эхаб Абухейф.

Работа с более чем 30 близкородственными видами муравьев Camponotus позволила исследователям реконструировать этапы этого объединения. Они обнаружили, что слияние произошло в несколько этапов, начиная с эмбрионов, в которых гены зародышевой линии были локализованы только в одном месте, до тех пор, пока и зародышевые гены, и hox-гены не были найдены во всех четырех.

Однако главным сюрпризом стало то, что эмбрионы с двумя местоположениями этих генов эволюционировали до слияния двух видов. Это означает, что способность к развитию новых мест внутри зародышей муравьев уже существовала. И эту способность бактерии затем могли использовать для радикальных изменений в развитии эмбрионов и интеграции двух видов.

Авторы работы считают, что их выводы можно распространить далеко за пределы исследования.

«Мы предлагаем смелую идею о том, что шаги, которые мы раскрыли для того, как эти бактерии и муравьи объединились, чтобы сформировать облигатные эндосимбиотические отношения, помогут нам понять другие основные объединения, которые привели к возникновению сложных форм жизни. Например, когда одноклеточные организмы собирались, чтобы сформировать многоклеточные», — говорит Абухейф.

By admin

Все будет хорошо

8 сентября 2020 13:40