Растительность в восточных штатах США уже начали оккупировать вылезающие из-под земли нимфы 17-летних периодических цикад (Magicicada) десятого, или большого восточного, выводка (Brood X) – самого масштабного из всех известных. Скоро они в последний раз полиняют, окончательно повзрослеют, после чего самцы «запоют» громко в ожидании любви и после спаривания быстрехонько помрут, а самки чуть позже отложат яйца и тоже помрут.
Когда эти цикады личинками закапывались в почву летом 2004 года, планету еще не заполонили эмо-киды и хипстеры, Facebook существовал лишь в Гарварде, а YouTube еще даже не появился; это был совсем другой, уютный мир – без локдаунов, блогеров, майнеров и зумеров. А теперь миллиарды нимф выбираются наружу в мир раздрая и хаоса – такого же, какой царит у них внутри.
Внутри цикад в специальных органах бактериомах живут бактериальные симбионты Sulcia muelleri и Hodgkinia cicadicola. Они производят десять аминокислот, которые отсутствуют в растительном соке – любимом напитке цикад. Без этих микробов насекомым не выжить. Бактериям тоже не выжить вне хозяев – слишком много генов они утратили за миллионы лет уютного эндосимбиоза. И увы, эта взаимозависимость может сыграть с ними всеми злую шутку.
Веселый и лысый биолог Джон Маккатчен из Университета штата Аризона начал изучать это партнерство в 2008 году. Он вспоминает, как его научный руководитель, специалист по эндосимбиозам Нэнси Моран, ныне работающая в Техасском университете, достала из холодильника кулек дохлых цикад десятого выводка, собранных в 2004-м, и протянула ему для секвенирования эндосимбионтов. Маккатчен рассчитывал собрать бактериальные геномы из отдельных фрагментов ДНК, как обычный пазл, однако ему словно насыпали несколько неполных пазлов, из которых получалась какая-то генетическая белиберда. «Я сказал Нэнси, что облажался, – взгрустнул Джон. – Подумал, может, у меня руки-крюки…» Прошло несколько лет, прежде чем он понял, что в действительности это не так.
В 2014 году у него уже была своя лаборатория в Университете Монтаны, там он продолжал изучать цикад и выяснил, что у большинства из них есть симбиотические шульции и ходжкинии. Но вот у пушистой южноамериканской цикады Tettigades undata ходжкиния каким-то образом распалась на две версии – назовем их «ходж» и «киния» – со своим набором предковых генов у каждой. Только вместе эти две половинки некогда единого целого могут обеспечить цикаду аминокислотами, которые обычно производятся цельногеномной ходжкинией.
Исследовав других цикад, Маккатчен понял, что ходжкиния в принципе не прочь геномно расщепляться на разнообразные варианты. У одних видов цикад две версии бактерии, у других – три, четыре, шесть. У периодических цикад – не меньше 20: у 17-летних нашлось от 27 до 39 геномных колечек с разным набором генов, у 13-летних – от 26 до 42, но вполне может быть и больше. В какой-то момент ученые просто перестали считать ходжкиний, иначе засыпали. Вот почему полученные в 2008 году данные показались тогда Маккатчену белибердой – он наивно пытался собрать один геном из десятков перемешанных неполных пазлов.
Таким образом, каждая периодическая цикада представляет собой совокупность множества видов: собственно цикада, шульция и бог весть сколько версий ходжкинии – «ходжк», «оджки», «жкини», «иния», «ход», «джк», «кин», «ния», «хо», «дж», «ки», «ни», «я» и т. п. Ни од на из эт их… тпру! Ни одна из этих версий не будет полезной сама по себе – цикаде нужен почти полный их комплект, чтобы получать нужные аминокислоты. И когда самки десятого выводка будут откладывать яйца, в каждое из них придется пихать как можно больше этих бактерий, чтобы повысить шансы на сборку необходимого комплекта. Это оборачивается не только лишними тратами энергии, но и дефицитом места для другого важного симбионта – шульции. И это при том, что ходжкинии производят всего две, а шульции – восемь из десяти недостающих цикаде аминокислот!
Из всех известных бактерий, состоящих в симбиозах с насекомыми, только ходжкиния расщепляется с таким патологическим энтузиазмом. Маккатчен подозревает, что это может быть связано с относительно длительным жизненным циклом ее хозяев: чем дольше жизнь – тем выше вероятность редкого эволюционного события, такого как расщепление генома эндосимбионта. И в этом нет ничего хорошего для цикад. Вместо одной ходжкинии им приходится управляться с целым ворохом недоходжкиний, случайная утеря одной из которых может привести к коллапсу всей симбиотической системы. Со временем геном ходжкинии наверняка будет крошиться еще пуще, и это рано или поздно приведет к вымиранию периодических цикад.
Из-за этих насекомых Джон Маккатчен стал совсем иначе относиться к симбиозу. Прежде он считал его чем-то безусловно позитивным – механизмом взаимопомощи, пространством для новых возможностей. Но, как оказалось, симбиоз может стать ловушкой, в которой зависимость партнеров друг от друга подвергает опасности всех вместе. Цикады с их бактериями будто провалились в «эволюционную кроличью нору» – Нэнси Моран описывает эту метафору как «путешествие в очень странный мир, в котором не работают привычные нам законы, причем, как правило, без возможности вернуться назад». Впрочем, там их может ждать Страна чудес: так, в 2018 году выяснилось, что японские цикады Cryptotympana facialis лишились всех ходжкиний, зато сдружились… с кордицепсом! Это известный гриб-паразит, убийца и манипулятор, однако он каким-то образом одомашнился внутри этих цикад и снабжает их аминокислотами вместо ходжкиний. Чудеса!
Периодические цикады пока что вымирать не собираются, по крайней мере в ближайшее время. В 2038 году мы наверняка сможем наблюдать полчища потомков сегодняшних выползантов десятого выводка. А в 19021-м? Доживем – увидим (и услышим).
Текст: Виктор Ковылин. Фото на главной странице: Kristin Johnson.
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 с активной ссылкой на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.
Вас также могут заинтересовать статьи:
Как цикады с грибами-паразитами подружились
Зараженные грибом самцы цикад ведут себя по-женски
Арифметика бамбука
Комментарии: