В октябре 2016 года Джон Татхилл преодолевал вероломный перевал на высоте 2400 метров над уровнем моря в Каскадных горах штата Вашингтон (США). В лицо дул горный ветер, затылок напекало солнцем, ягодицы сковывал мороз, по телу бегали мурашки, по снегу – мелкие букашки… Стоп, что?! Будучи нейрофизиологом, работающим с мухами в Вашингтонском университете, Татхилл знал, что, когда насекомому становится холодно, его нервная система перестает нормально работать, поэтому даже самые морозостойкие виды переживают холод в состоянии оцепенения. Но мало того что «снежные мушки» были живы в условиях, в которых насекомые обычно не выживают, – так они еще и шустро бегали вопреки законам физиологии!
«Снежными мухами» в английской зоологической традиции называют комариков Chionea из семейства (или подсемейства, как многие считают) болотниц. Хионеи настолько скрытны, что всего несколько специалистов изучали их за всю историю энтомологии. Чтобы их отыскать, надо идти в горы или зимний лес, лезть в пещеры или норы грызунов (чьими фекалиями наряду с листовым опадом, возможно, питаются личинки). Несколько лет назад Татхилл пытался подвигнуть общественность на поимку хионей, но большинство из тех немногих, кто откликнулся, прислали ему пауков. Пришлось ему ловить их самому, чем он в принципе не прочь заняться в солнечную погоду – а именно в такие дни хионеи наиболее активны. «Народ в моей лабе пытается разводить их, но лично мне не хочется, чтобы это сработало, потому что всякий раз, когда денек пригож, я отменяю встречи и иду собирать снежных мух», – ухмыляется ученый.
Хоть они и относятся формально к отряду двукрылых, крылья у хионей в отличие от остальных болотниц напрочь редуцированы, так что они бескрылые, зато с развитыми жужжальцами. Вместо того чтобы летать, они очень быстро бегают, как паучки, причем при таких низких температурах, при которых большинство насекомых едва могут пошевелиться. Татхилл часто охлаждает дрозофил до +2 °C, что их фактически парализует, но хионеи носятся как угорелые даже с температурой тела -7 °C и бывали замечены за беготней даже при температуре воздуха -17 °C! Холод они не столько терпят, сколько предпочитают: сожми их в кулаке – они напрягутся и занервничают, а положи в холодильник – расслабятся и раззадорятся. Их хлебом не корми (взрослые хионеи вообще ничего не едят, по крайней мере никто не видел, чтобы они ели), а вот снег попить дай – букашки прижимают к нему хоботок и сосут водичку, будто чиллят.
Вообще лед для насекомых представляет смертельную угрозу: когда тело охлаждается ниже нуля, в гемолимфе начинают формироваться и быстро распространяться по телу ледяные кристаллы, что быстро приводит к гибели особи. Но хионеи замечают начало пагубного процесса и прерывают его весьма нетривиальным способом – автотомией конечности. С помощью термальной съемки ученые наблюдали подъем ледяной волны по ноге букашки, а через пару секунд эта нога отделялась от тела. Комары-долгоножки, близкие родственники болотниц, сходным образом отбрасывают ножку, если за нее ухватится хищник, – почувствовать это им позволяют нейроны, реагирующие на тягу. Возможно, у хионей тот же защитный рефлекс контролируется нейронами, реагирующими на изменение температуры, полагает Татхилл: при кристаллизации воды выделяется толика тепла, которая может спровоцировать мышечное сокращение, приводящее к ампутации замерзающей ноги. При этом механическое воздействие на конечность не приводит к автотомии у этих комариков.
Пятая часть всех хионей, собранных научной группой Татхилла, были инвалидами холода. Сам он много раз видел в природе даже трехногих снегомушек, которые, однако, продолжали сносно передвигаться по снегу с приличной скоростью. Это тем более удивительно, поскольку отмороженная нервная система функционировать, по идее, не должна. Для возбуждения нейронов требуется ладная работа ионных насосов и ионных каналов в клеточной мембране, но при низких температурах насосы работают медленно, а каналы перестают открываться. Как нейронам хионей удается преодолевать эти термодинамические ограничения, Татхилл пока не представляет.
Белки-антифризы – для слабаков. Хионеи борются с замерзанием брутальным способом – самоампутацией конечностей! Иногда по нескольку сразу. Нередко прямо во время движения. Видео: John Tuthill (@casa_tuthill).
По факту хионеи подвижны вплоть до момента замерзания в так называемой точке переохлаждения (-6.6 ± 1.9 °C). Эта летальная для них температура тела, к слову, оказалась не сильно ниже, чем у комаров-долгоножек (-4.6 ± 2.0 °C), и даже выше, чем у дрозофил (-20 °C), примерно на уровне ряда других нетолерантных к холоду насекомых вроде кузнечиков и долгоносиков. То есть хионеи хоть и холодолюбивы, но далеко не чемпионы морозостойкости. Дрозофилы, напротив, морозоустойчивы, но теплолюбивы – при отрицательных температурах среды и тем паче тела даже лапкой не шевельнут, как и остальные вышеперечисленные. Хионеи же – бегают, пока в один миг не окоченеют замертво, не справившись с оледенением гемолимфы. Эта сверхспособность сохранять активность при температуре ниже нуля и делает их удивительными.
Удивительными, но не уникальными. При тех же низких температурах остаются подвижными живущие на Аляске жужелицы Pterostichus, бескрылые скорпионницы Apteropanorpa с острова Тасмания, гималайские комары-звонцы Diamesa из Непала, а также тараканосверчки Grylloblatta, обитающие в горах Тихоокеанского Северо-Запада – в том же регионе, что и исследованные болотницы, для которых эти тараканосверчки являются единственными хищниками. А вот самоампутация конечностей для противостояния смертоносной заморозке – действительно уникальный, прежде не встречавшийся биологам механизм. И вероятно, именно способность к автотомии у предка-долгоножки послужила преадаптацией при освоении хионеями низкотемпературной снежной среды, предполагают авторы исследования.
Трехногая снегомушка ковыляет в поисках отмороженного секса. Видео: John Tuthill (@casa_tuthill).
Зачем они бегают, более-менее понятно: пару себе ищут. Как только находят, совокупляются нагло у всех на виду по полчаса, а то и дольше, будучи хорошо заметными на снегу. А впрочем, хищников вокруг почти и нет, так что хионеи могут себе позволить сию дерзость. Опасность их скорее поджидает климатическая: к примеру, в штате Вашингтон в течение двух следующих десятилетий снежный покров сократится вдвое по сравнению с прошлым столетием, а к 2080 году – на 70%. «Снежные мушки» будут вынуждены переселяться все выше и выше в горы, а когда снега не станет и там, отправятся на небеса. И едва ли большинство из нас заметят утрату, как не замечают ныне и присутствия этих причудливых комариков, неясно как вообще существующих на этом свете.
Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: bioRxiv (Golding et al., 2023)
Вас также могут заинтересовать статьи:
Комаров впервые застали за сосанием крови червей
Нервы – понятие растяжимое. В брюшке саранчи – аж в два-три раза!
Что светится в ночном снегу на обледенелой литорали Белого моря?
Комментарии: