Ученые впервые увидели, как черви совершают коллективный побег в дикой природе

Нематоды (Nematoda), или круглые черви — самые многочисленные животные на Земле. По самым разным оценкам, их численность превышает миллион особей на квадратный метр. Они встречаются во всех типах сред от полюсов до тропиков, включая пустыни, высокие горы и глубокие моря. 

Среди них выделяют свободноживущие и паразитические организмы. Первые, например, живут в почвах, в воде, в растительных субстратах, где питаются бактериями, грибами, отмершей растительностью. В процессе своей жизнедеятельности свободноживущие нематоды «‎перемалывают» органику и обогащают почву питательными веществами, необходимыми для роста растений. 

Паразитические нематоды существуют за счет других организмов. Они живут на растениях, животных и даже в человеке, вызывая при этом различные заболевания. 

Однако у этих животных есть ахиллесова пята — размер: длина взрослых нематод не превышает 1,5 миллиметра. Когда в их местах обитания заканчивается пища или там появляется слишком много особей, отчего возрастает конкуренция и становится тесно, круглые черви стремятся сменить обстановку и найти более благоприятные условия. Индивидуальные путешествия в поисках лучшей доли бессмысленны: один червь слишком мал и медлителен, чтобы преодолеть преграды и значительные расстояния. Эволюция помогла нематодам найти решение — «коллективизм».

Ученые давно подозревали: свободноживущие почвенные нематоды объединяют свои усилия, чтобы совершить «побег» из скудных на пищу мест, поймать «попутный транспорт» и начать новую жизнь вдали от голода и тесноты. 

В лабораторных экспериментах особи некоторых видов пытались формировать вертикальные структуры — живые башни, которые, по мнению нематологов, могли быть возможным механизмом для «‎автостопа». То есть с помощью этих живых конструкций нематоды, вероятно, и совершают «побег». Однако не хватало доказательной базы: в дикой природе ничего подобного исследователи не наблюдали. 

Ученым было известно только три примера такого рода коллективного поведения в естественных условиях. Так передвигаются паутинные клещи (Tetranychidae), огненные муравьи (Fire ant) и слизевики.

Теперь команда немецких исследователей под руководством Даниэлы Перес (Daniela Perez) из Института поведения животных Макса Планка наконец доказала, что свободноживущие почвенные нематоды действительно могут строить живые башни за пределами лабораторий. Исследователям удалось заснять на видео сам процесс создания и использования башен в дикой природе — нематоды возводили их на поверхности упавших яблок и груш в местном университетском саду.  

Команда Перес потратила месяцы на изучение гниющих фруктов прямо на месте. Исследование проводилось с помощью цифрового микроскопа, чтобы зафиксировать естественное поведение нематод и самих башен. Некоторые живые конструкции ученые перенесли в лаборатории для детального анализа. 

Гниющие фрукты кишели множеством видов нематод, но только один из них строил башни, причем все представители этого вида находились на стадии «дауэр» — стрессоустойчивая фаза развития, на которой личинки могут долго обходиться без пищи. 

Перес и ее коллеги зафиксировали, как целые башни из дауэр-личинок раскачиваются в унисон. Похожим образом ведут себя нематоды поодиночке, когда встают на хвост, чтобы зацепиться за проходящее животное. 

Однако новые данные показали нечто большее: башни двигались как единое целое, реагировали на прикосновения, отрывались от поверхности и коллективно прикреплялись к насекомым, например плодовым мушкам. Иными словами, наблюдения за нематодами подтвердили гипотезу, что главная цель таких живых башен —  массовый «‎автостоп».

Чтобы лучше понять, как происходит строительство конструкций из тел круглых червей, Перес воссоздала процесс в лаборатории. Для этого ее команда использовала клональную колонию Caenorhabditis elegans. 

Когда нематод поместили на агаровую подушку без еды, а рядом положили щетину зубной щетки, голодные черви стали самоорганизовываться. Уже через два часа животные смогли сформировать живые башни, которые оставались стабильными до 12 часов. Эти башни демонстрировали сложное поведение: протягивали «‎щупальца» в окружающее пространство, а некоторые даже образовывали мосты, чтобы достичь новых поверхностей. 

Выяснилось, что способность строить башни не ограничивается стадией дауэр, как показали наблюдения в естественной среде. Их формируют на всех стадиях развития, в том числе и взрослые особи. Иными словами, коллективное перемещение с помощью башен может быть более универсальной стратегией для нематод, чем считалось ранее.

Что еще любопытно, несмотря на всю архитектурную сложность таких конструкций, внутри башен у нематод не происходило разделение ролей. Особи в основании и на вершине башни проявляли одинаковую подвижность и силу, что указывает на форму равноправного сотрудничества среди них. Но авторы справедливо заметили, что это поведение наблюдали только в контролируемых лабораторных условиях, где в качестве испытуемых ученые использовали клональную колонию Caenorhabditis elegans. В дикой природе ситуация может быть иная, там встречаются разные виды и генетические линии, а, значит, скорее всего, исследователи увидят разделение ролей. 

С открытием команды Перес у исследователей появилась уникальная возможность изучить, как и зачем животные одного вида двигаются вместе, а также понять, почему вообще возникла групповая миграция и как такое поведение развилось в ходе эволюции.   

Научная работа опубликована в журнале Current Biology.

Игорь Байдов

439 статей

Автор публикует материалы по астрономии, археологии и палеонтологии. В текстах освещает современные открытия, теории и ключевые находки, представляя актуальные данные в научно-популярном формате.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram