Самые необычные примеры симбиоза между животными и бактериями

Симбиотические отношения в природе встречаются часто. Иногда они видны невооруженным глазом, как, например, абсолютная взаимозависимость между пчелами и цветущими растениями. Однако, бывает и такой симбиоз, который невозможно разглядеть без микроскопа. Например, между животными и бактериями. И это могут быть очень интересные отношения. Так как в обмен на уютную и безопасную среду обитания микробы дают своим компаньонам настоящие суперспособности, вроде неуязвимости к ядам или невидимости.

Топ-5 примеров симбиоза животных и бактерий

Тля

Это крошечное насекомое, которое высасывает жидкость из растений и распространяет между ними вирусы. Тля - опасный вредитель, но от этого она не становится менее замечательной с биологической точки зрения. Во всем мире насчитывается более 4000 её видов, и она плодится где-то даже с абсурдной скоростью. Каждое насекомое может порождать 80 себе подобных каждые 10 дней. Тля способна к половому размножению, но большинство насекомых рождаются по существу уже беременными благодаря так называемому партеногенезу. Эти кошмарные для любых демографов свойства позволяют ей губить огромное количество растений.

Однако рацион питания тли имеет существенный недостаток - в соках растений нет нужных насекомым аминокислот. Естественным выходом здесь кажется более разнообразная диета, но тля нашла более творческое и эффектное решение - некоторые её виды вступили в симбиоз с бактериями, которые взяли производство этих веществ на себя. Микробы принадлежат к роду Buchnera, и передаются тлей из поколения в поколение на стадии эмбрионов. Бактерии самостоятельно производят некоторые аминокислоты, например, триптофан. В других же случаях они генерируют их совместно с тлей. По мнению учёных, эти партнёрские отношения начались 250 миллионов лет назад. Возможно, в результате того что бактерии, жившие в кишечнике тли, полностью отобрали у насекомых какие-то функции. И сегодня они уже не способны существовать друг без друга.

Бактерии позволяют тле выжить на пище, непригодной для любых других насекомых. А тля дает микробам пищу и безопасное место для жизни - у неё есть специальные клетки, бактериоциты, в которых, собственно, и размещаются их микроскопические друзья. Эти отношения настолько успешны, что бактерии успели избавиться от значительной части своего генома, в том числе и от тех участков, что отвечают за реакцию на изменения окружающей среды и создание прочных стенок клеток. Так как если у тебя уже есть хороший дом, и ты регулярно питаешься, то всё это не нужно. Сейчас у этих бактерий осталось всего около 500 генов, в то время как у их сородичей, обитающих в "дикой природе", по крайней мере, 1500. Так что если кто-то из ваших друзей пожалуется, что тля пожирает урожай и губит растения, знайте, там орудует целая банда.

Древесные крысы

Конкуренция за пищу может быть жесткой, особенно в суровых условиях пустыни. Там её вообще не очень много, а та, что есть, например, растения, совсем не стремятся быть съеденными. У них очень часто серьёзная защита - шипы или яд, которые отпугивают большинство потенциальных клиентов. Возьмём, к примеру, куст креозота. Он содержит ядовитую смолу, которая может нанести очень серьёзные повреждения печени и почкам. Однако некоторые животные относительно надёжно защищены от яда.

В течение многих десятилетий ученые фиксировали, что древесные крысы спокойно и без страха едят это растение. Это само по себе не странно. Есть животные, чьи организмы устойчивы к ядам. Для эволюции это нормально. Удивительным было то, что не все грызуны обладают этим иммунитетом, даже в пределах одного вида. Крысы, обитающие в пустыне Мохаве, что в Южной Калифорнии, где куст креозота встречается сплошь и рядом, могли есть его в любых количествах. Однако их северные собратья, из пустыни Большого Бассейна, где это растение не встречается, почувствовали себя нехорошо и похудели, когда их накормили этим растением в лаборатории. Учёным понадобилось более десяти лет, чтобы найти ответ на эту загадку.

В 2014 году в журнале "Ecology Letters" они рассказали, что между собой отличались не сами крысы, а их кишечные бактерии. Когда грызунам из пустыни Мохаве вводили антибиотики, их суперспособность исчезала, и они больше не могли безнаказанно питаться креозотовым кустом. Когда же их кишечные бактерии были "пересажены" крысам из Большого Бассейна, те получили возможность есть это растение. Исследователи до сих пор не знают, какие именно микробы дарят животным столь потрясающий иммунитет. Креозотовая смола содержит сразу несколько токсинов, и вполне вероятно, что здесь работает целый комплекс бактерий. Передаются они, видимо, посредством копрофагии. Не очень гигиенично, конечно, но для живой природы это не является чем-то исключительным.

Глубоководные моллюски

На планете Земля жизнь есть везде, в том числе и на дне океана. Впервые ученые увидели глубоководные гидротермальные жерла в 70-х годах прошлого века, и были поражены количеством и разнообразием живых существ вокруг этих "дымоходов". В частности, некоторые моллюски, относящиеся к семейству Vesicomyidae, оказались здесь гораздо более крупными, чем ожидалось. Ведь, по сути, моллюски - это живые фильтры, питающиеся крошечными организмами, а на дне океана подобной еды не может быть много.

Сегодня уже известно, что эти моллюски процветают на глубине 6800 метров с помощью симбиотических бактерий. У Vesicomyidae очень большие жабры со множеством бактериоцитов, где обитают микробы, окисляющие серу из гидротермальных источников. Извлекаемая энергия помогает питать обе стороны симбиоза. Как и в случае с тлёй, эти бактерии потеряли гены, связанные с клеточной структурой и способностью к самостоятельному перемещению, и не встречаются нигде за пределами жабр этих моллюсков. Также как и тля, моллюски приобретают бактерии ещё до своего рождения. Микробы входят в состав их яиц. Мало кто из живых существ способен выжить на дне океана, во многих километрах от солнечного света. Однако симбиоз с бактериями, как видим, способен обеспечить некоторым из них довольно комфортную нишу для существования.

Синекольчатый осьминог

Еще один обитатель океана, обладающий сверхспособностью. Это невероятно милое существо. Оно весит менее тридцати граммов и спокойно помещается в человеческую ладонь. Но брать его в руки не стоит, ведь это одно из самых ядовитых животных на планете. Его яд содержит тетродотоксин (ТТХ), который в тысячу раз мощнее цианида. Он блокирует натриевые каналы нервных клеток, парализуя мышцы. Это, помимо прочего, ведёт к дыхательному параличу, смерть от которого наступает в течение нескольких минут.

Столь сильный яд - это абсолютное излишество для осьминога, ведь он использует его на небольших крабах и моллюсках. Но это так, лирическое отступление. Самое интересное в этом существе то, что само оно не производит никаких токсинов. По мнению учёных, это делают симбиотические бактерии, обитающие в его слюнных железах. Справедливости ради стоит отметить, что споры на этот счёт ещё продолжаются, и не всем исследователям удалось вырастить микробов, производящих TTX, из этих желез. Тем не менее, бактерии, генерирующие тетродотоксин, науке известны, и в данном случае, вероятнее всего, синекольчатые осьминоги вступили в симбиоз сразу с несколькими из них.

Пока неясно, как началось это партнерство и какие преимущества получают бактерии. Жизнь внутри осьминога, вероятно, дает им защиту от хищников, что является несомненным плюсом. Что касается осьминога, то у него развилась устойчивость к действию яда. Натриевые каналы его нервных клеток трансформировались, и TTX на них больше не действует. То же самое наблюдается, допустим, у рыбы фугу.

Гавайский кальмар бобтейл

Жизнь в океане полна опасностей, в том числе и для гавайского кальмара бобтейла. Это существо имеет всего около 3 сантиметров в длину, поэтому является отличной закуской для более крупных хищников. Питается он ночью, что также весьма рискованно. Свет звезд и Луны освещает океанскую воду, благодаря чему силуэты кальмаров хорошо видны охотникам, находящимся ниже их в воде. Но ровно до тех пор, пока бобтейл не станет невидимым благодаря помощи биолюминесцентных бактерий Vibrio fischeri.

Они находятся внутри особого светового органа, расположенного в мантии - верхнем покрове, чем-то напоминающем шляпу. Ночью светящиеся бактерии имитируют свет, что делает их хозяина невидимым, если смотреть на него снизу. В ходе научных экспериментов ученые доказали, что кальмар с помощью специальных тканей своего тела может регулировать количество испускаемого света. Бобтейлы не рождаются с этими бактериями, как некоторые предыдущие фигуранты сегодняшнего рассказа, однако Vibrio fischeri в изобилии водятся в их среде обитания. Прогоняя воду через свой организм, кальмар задерживает их в особой слизи своего "фонаря". То есть это не те гармоничные отношения, которые мы встречали ранее. Чтобы не допустить излишнего размножения микробов, головоногие каждое утро выбрасывают в океан до 90% их количества.

Однако та часть, что остаётся, чувствует себя в безопасности. Есть даже некоторые свидетельства того, что кальмары подкармливают их, так как к наступлению темноты их численность увеличивается. Примечательно, что Vibrio fischeri являются близкими родственниками болезнетворных бактерий, в том числе тех, которые вызывают холеру. Ученые проводят исследования, пытаясь выяснить, каким образом у этих микробов могли сложиться столь тесные отношения с бобтейлом. В идеале, это поможет ответить на вопрос, что делает те или иные бактерии полезными или, наоборот, опасными.