Как цикады с грибами-паразитами подружились

Растительный сок сладок, как бубалех, поэтому цикады с превеликим удовольствием пьют его из деревьев, прокалывая древесину своим ладным хоботком-коротышом. Вот только в этом напитке отсутствуют многие важные для жизни питательные вещества, включая некоторые аминокислоты и витамины. Что ж, у цикад в клетках живут микробные помощники, которые вырабатывают недостающие молекулы. Симбионтами большинства цикад являются бактерии Sulcia и Hodgkinia. Первые – давние друзья цикадовых (в эту группу помимо цикад входят цикадки, носатки, горбатки и прочие ребятки), их симбиоз длится аж 260 млн лет, с пермского периода. А вот вторые, ходжкинии, обитают исключительно в цикадах, были приобретены ими сравнительно недавно и, похоже, являются не столь надежными товарищами…

Японская цикада Meimuna opalifera потеряла товарища, но приобрела нового. Фото: t-mizo.

Биолог Ю Мацуура из Университета Рюкю (Япония) изучал эндосимбиотических микробов у японских цикад и, к своему удивлению, не нашел ходжкиний у 15 из 24 исследованных видов. Ни единой их дээнкашечки! «Как я ни старался, я не мог отыскать никаких других бактерий, только Sulcia, – вспоминает Ю со слезами на глазах. – Я был в смятении. Подумал, может, у меня руки-крюки…»

Как цикадам выживать без Hodgkinia? Эти бактерии производят жизненно необходимые аминокислоты гистидин и метионин, а также витамины B2 и B12, на что Sulcia неспособны. Только в паре эти симбионты могут обеспечить цикаде нормальное развитие при соковой диете. Если нет ходжкиний значит, вместо них должен быть кто-то другой! Но кто?

Пришлось Ю как следует покопаться в мерзких внутренностях цикад. И вот что он обнаружил в бактериомах (округлых органах, служащих пристанищем для микробов-симбионтов): клетки гриба! Поначалу ученый подумал, что это грибковая инфекция. Однако грибные клетки присутствовали у всех цикад, лишившихся ходжкиний. Стало понятно, что гриб – это симбионт, заместивший собой ушлых бактерий.

Вас, наверное, интересует, что же это за грибок такой дружелюбный. Ответ вас удивит. Об этом грибочке подумаешь в последнюю очередь в контексте дружбы. Мацуура сделал анализ ДНК и, получив результат, воскликнул в шоке: «Да это же мазафакин кордицепс!»

Паразитический гриб Ophiocordyceps unilateralis пророс сквозь башку муравья и даже не извинился. Фото: Alextkt.

Кордицепсы, как правило, убивают насекомых. Один из видов, Ophiocordyceps unilateralis, знаменит тем, что оплетает внутренние органы муравья, включая отдельные мышечные волокна, тем самым создает альтернативу нервной сети, чтобы руководить движениями особи. Муравей, словно надетая на руку кукла, забирается на дерево и прикрепляется челюстями к нижней части листа, нависая над муравейником, и тогда гриб прорастает сквозь его голову и рассыпает споры на других муравьев. Так он может заразить всю колонию. Ненасытное и беспощадное создание.

Тем не менее его родственники каким-то образом ужились с цикадами. Симбионты цикад оказались представителями того же рода Ophiocordyceps, выяснил Мацуура. В процессе коэволюции они превратились в составную часть организма цикад и даже способны передаваться от матери к потомству, проникая в яйцеклетки вместе с бактерией Sulcia. Бессердечный паразит превратился в полезного сожителя. Это как если бы Джокер стал верно прислуживать Бэтмену заместо ушедшего Альфреда.

Большую часть жизни цикады проводят под землей на стадии нимфы, посасывая соки из древесных корешков. Там они запросто могут повстречать множество почвенных грибов, включая паразитические виды Ophiocordyceps, специализирующиеся на цикадах. Вероятно, когда-то в прошлом некоторые из этих кордицепсов в результате мутаций ослабили патогенность и перестали убивать цикад – инфекция стала умеренной, хронической и нелетальной. Возможно, такое грибное присутствие в телах насекомых оказалось даже выгодным для них – как вариант, грибок мог подстегнуть иммунитет к защите от иных инфекций, например вирусных. А некоторых цикад паразитический сожитель смог в конечном счете спасти от вымирания.

Дело в том, что бактерии Hodgkinia, пребывая в уютненьком симбиозе, склонны деградировать. Их геномы в процессе эволюции расщепляются – в итоге в клетках хозяина могут сосуществовать от двух единиц до нескольких десятков ходжкиний с ущербными геномами. В каждой из таких дочерних линий отсутствуют какие-то предковые гены, но вместе они дополняют друг дружку и продолжают обеспечивать хозяина нужными веществами. Но чем дальше идет деградация, тем выше вероятность, что отдельные наиболее убогие ходжкинии перестанут нормально функционировать или просто потеряются. Если такой инвалидный симбионт был единственным из всей честной компании носителем какого-нибудь критически важного гена, то для цикады это плохие новости. Она тоже вымрет, если под рукой не окажется другого источника нужного вещества.

Поставщиками таких веществ могут стать хронические кордицепсы в теле цикады. Эти грибы в состоянии производить все необходимые ей аминокислоты и витамины. И если Hodgkinia совсем захирели, Ophiocordyceps может легко их всех заменить. Ю Мацуура и коллеги выяснили, что подобное происходило как минимум три раза в эволюции цикад.

Японская цикада Cryptotympana facialis утратила ходжкиний, но обзавелась кордицепсом. И она вполне себе счастлива – посмотри на ее довольное лицо. Фото: Chris Bogert.

И надо отметить, что это не исключительный случай в отряде полужесткокрылых. Грибные симбионты имеются как у цикадовых, так и у тлей с червецами, которые тоже, как известно, пьют растительные соки. И некоторые из этих грибов являются кордицепсами или родственны им. Похоже, что паразитические грибочки не такие уж и конченые злодеи, раз охотно отказываются от убийств и с готовностью помогают хозяевам в сложных жизненных ситуациях.

Впрочем, это вовсе не означает, что при определенных условиях они не вспомнят о своей темной природе и не превратятся обратно из благодушных симбионтов в коварных паразитов. Стоит помнить о возможности подобных эволюционных разворотов, предупреждают авторы исследования.


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: PNAS (Matsuura et al., 2018)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Зараженные грибом самцы цикад ведут себя по-женски
Эндосимбиотическая матрешка червеца демонстрирует движуху
Гигантские опята и их темные генетические тайны


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение