Зараженные ежемухой гусеницы спасаются самолечением

Гусеница бабочки Grammia incorrupta (семейство Arctiidae — медведицы) на растении Crotalaria pumila (семейство Fabaceae — бобовые). В этом и некоторых других кормовых растениях гусениц этого вида содержатся пирролизидиновые алкалоиды. Опыты показывают, что зараженные паразитами гусеницы склонны потреблять пищу, содержащую эти алкалоиды. Такой рацион вреден здоровым гусеницам, но полезен больным, потому что вредит паразитам сильнее, чем их хозяевам. Фото © Michael S. Singer с сайта sciencenow.sciencemag.org

Не только люди, но и другие животные, заболевая, могут заниматься самолечением. Такие формы поведения описаны, в частности, у шимпанзе и домашних овец. Наблюдения в природе за поведением гусениц одного из видов бабочек-медведиц (Actiidae) и результаты лабораторных экспериментов на этих гусеницах говорят о том, что к самолечению могут прибегать и насекомые. Гусеницы, зараженные паразитическими двукрылыми (ежемухами, или тахинами — семейство Tachinidae), охотнее, чем здоровые гусеницы, питаются растениями, содержащими алкалоиды определенного типа. Потребление этих алкалоидов снижает выживаемость здоровых гусениц, но повышает выживаемость зараженных гусениц, в теле которых развиваются личинки ежемух, увеличивая вероятность гибели паразитов.

Медицина как научная дисциплина — изобретение человека, но занятие медициной на практике отмечено и у ряда других видов живых организмов. Многие приматы ищут друг у друга в шерсти паразитов, а копытным и хоботным с внешними паразитами помогают бороться волоклюи и некоторые другие птицы. В морях сходную роль играют рыбы-чистильщики и некоторые креветки. Встречается в природе и самолечение: почувствовав себя больным, животное совершает определенные действия, которые способствуют выздоровлению или, хотя бы, подавляют симптомы болезни и помогают больной особи выжить. Наблюдения показали, что самолечение свойственно нашим ближайшим родственникам — шимпанзе. Они глотают жесткие листья растений из рода Aspilia (семейство Asteraceae — сложноцветные), чтобы очистить кишечник от паразитических червей. Опыты, поставленные на ягнятах, говорят о том, что, отравившись некоторыми разновидностями токсичной пищи, они в состоянии самостоятельно выбрать и съесть специфическое противоядие. По-видимому, способность к самолечению свойственна многим животным, но экспериментально показана она лишь у нескольких видов, и была доподлинно известна только у представителей позвоночных.

Опубликованная в онлайновом журнале PLoS ONE статья Майкла Сингера (Michael S. Singer) из Уэслианского университета (Wesleyan University, Коннектикут, США) и двух его коллег содержит первое экспериментальное свидетельство существования такого поведения у беспозвоночных. Исследователи отметили, что гусеницы североамериканской бабочки-медведицы Grammia incorrupta в природе нередко питаются определенными видами растений, в тканях которых содержатся токсичные пирролизидиновые алкалоиды.

Паразитическая муха Exorista mella (семейство Tachinidae — ежемухи). Самки этой мухи заражают гусениц бабочек-медведиц одним или двумя яйцами. Личинка или личинки мухи развиваются внутри гусеницы, приводя в итоге к ее гибели — если прежде не погибают сами. Фото © J. E. O'Hara с сайта www.nadsdiptera.org

Как и личинки многих других видов бабочек, эти гусеницы подвержены довольно высокому риску заражения паразитическими двукрылыми из семейства Tachinidae (ежемухи). Самка ежемухи откладывает одно или несколько яиц на поверхность тела или внутрь гусеницы, и личинки ежемухи развиваются внутри организма гусеницы, в конечном итоге приводя к ее гибели. Но в некоторых случаях личинки, живущие внутри гусеницы, умирают на ранних стадиях развития, и тогда у гусеницы есть шанс выжить. Сингер и его коллеги предположили, что питание растениями, содержащими токсины, может служить для зараженных гусениц средством избавления от паразитов.

Эта гипотеза была проверена на содержащихся в неволе гусеницах медведицы Grammia incorrupta и паразитирующих на гусеницах этого вида ежемухах Exorista mella. Гусениц разделили на две равные группы: половину из них на предпоследнем и последнем этапах личиночного развития кормили синтетической пищей, содержащей в небольшой концентрации пирролизидиновый алкалоид, а другую половину — такой же пищей, но без алкалоида. Половину гусениц из каждой группы содержали в изоляции от паразитов, а другую половину подвергли заражению ежемухами.

Взрослая Grammia incorrupta (самка). Фото © Jim Vargo с сайта mothphotographersgroup.msstate.edu

Процент выживших зараженных гусениц оказался достоверно выше среди потреблявших алкалоид, чем среди питавшихся не содержащей алкалоида пищей. В то же время у незараженных гусениц процент выживших оказался достоверно выше в группе, не потреблявшей алкалоид. Таким образом, больным гусеницам это лекарство больше помогает, чем вредит, а здоровым — больше вредит, чем помогает. Но лечатся ли больные гусеницы сами, потребляют ли они алкалоид в большем количестве, чем здоровые?

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи поставили еще один эксперимент на пойманных в природе 80 особях гусениц того же вида. После нескольких дней содержания в неволе на одинаковой пище эти гусеницы были разделены на две равные группы: гусеницам из первой группы предложили для питания по одному фильтровальному кружку, пропитанному раствором пирролизидинового алкалоида монокроталина, а второй — по одному такому же кружку, пропитанному раствором сахарозы. Гусеницам была предоставлена возможность питаться этими кружками в течение суток, после чего остатки каждого кружка были высушены и взвешены, а гусениц вскрыли, чтобы определить, какие из них были здоровы, а какие — заражены ежемухами.

Выживаемость (survival) гусениц, не зараженных (unparasitized) и зараженных паразитом (parasitized), при потреблении синтетической пищи, не содержащей пирролизидиновый алкалоид (PA-) и содержащей его в концентрации 0,1% (PA+). Зараженным гусеницам этот алкалоид оказывается в целом полезен (потому что способствуют гибели паразитов), а не зараженным — вреден. Рис. из обсуждаемой статьи в PLoS ONE

Оказалось, что зараженные гусеницы, которым был предложен для питания кружок, пропитанный раствором алкалоида, съели за сутки вдвое с лишним больше, чем здоровые гусеницы, питавшиеся такими же кружками. В группе, питавшейся кружками с раствором сахарозы, разница в количестве съеденного между зараженными и здоровыми гусеницами оказалась сравнительно невелика и статистически недостоверна. Таким образом, зараженность личинками ежемухи, по крайней мере в лабораторных условиях, может стимулировать потребление гусеницей большего количества алкалоида, в то время как на потреблении питательных веществ зараженность не сказывается или сказывается не столь значительно. По-видимому, эта поведенческая реакция проявляется и в природе, стимулируя зараженных гусениц потреблять в большем количестве ткани кормовых растений, богатых пирролизидиновыми алкалоидами.

Масса (в миллиграммах, ± стандартное отклонение) фильтровальных кружков, пропитанных сахарозой (sucrose) и пирролизидиновым алкалоидом (PA), которые потребляли в лабораторных условиях незараженные (белые столбцы) и зараженные (красные столбцы) гусеницы. Статистически достоверной разницы в потреблении сахарозы не отмечено, в то время как алкалоида зараженные гусеницы потребляют достоверно больше. Рис. из обсуждаемой статьи в PLoS ONE

Вполне вероятно, что способность к самолечению будет впоследствии обнаружена и у многих других растительноядных насекомых. Выявление этой способности у гусениц — это открытие ранее неизвестного аспекта сложных взаимодействий между продуцентами (растениями), консументами первого порядка (растительноядными) и консументами второго порядка (теми, кто питается растительноядными). Характер таких взаимодействий имеет принципиальное значение для работы экосистем и эволюции видов. Самолечение растительноядных животных могло сыграть немалую роль в их собственной эволюции, в эволюции служащих им пищей растений, а также в эволюции плотоядных животных, которым служат пищей эти растительноядные.

Источник: Michael S. Singer, Kevi C. Mace, Elizabeth A. Bernays. Self-medication as adaptive plasticity: increased ingestion of plant toxins by parasitized caterpillars // PLoS ONE. 10 March 2009. 4(3): e4796. doi:10.1371/journal.pone.0004796.

См. также:
Charles Q. Choi. A toxin a day keeps the maggots away // ScienceNOW Daily News. 13 March 2009.

Петр Петров

Последние новости: Биология, Петр Петров

31 января Больные муравьи становятся асоциальными

27 января Изменение ветров, дующих над Южным океаном, пошло на пользу альбатросам

18 января Новая методика позволяет изучать белки, тесно соседствующие с ДНК

16 января Обнаружено хищное растение, которое ловит почвенных нематод подземными листьями

12 января Принимая коллективное решение, пчелы-разведчики убеждают оппонентов замолчать

11 января Для фитопланктона не действует закон Кляйбера

28 декабря Одну треть рыбных запасов оставить птицам — новый закон в экологии

19 декабря Неинформированные массы мешают меньшинству переубедить большинство

6 декабря Осы узнают друг друга по лицам, чтобы поддерживать жесткую социальную структуру

5 декабря Если братья конкурируют друг с другом, родителям выгоднее рожать дочерей

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):