Новое исследование ученых из Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего показало, что крошечный пресноводный паразит, известный тем, что вызывает проблемы со здоровьем у людей, защищает свои колонии с помощью класса солдат, которые не могут размножаться.
Открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, ставит этот вид паразитических плоских червей в ряды сложных сообществ животных, таких как муравьи, пчелы и термиты, которые также имеют отдельные классы рабочих и солдат, отказавшихся от размножения ради служения своей колонии.
При попадании в организм человека, обычно через употребление сырой или недоваренной рыбы, этот вид плоских червей, Haplorchis pumilio, может вызвать желудочно-кишечные проблемы и, в тяжелых случаях, инсульт или сердечный приступ. Полная варка рыбы или заморозка любой, предназначенной для употребления в сыром виде, по крайней мере на одну неделю достаточна для уничтожения трематод, согласно рекомендациям Управления по контролю за продуктами и лекарствами.
Хотя конкретная статистика по Haplorchis pumilio отсутствует, пищевые трематодные инфекции ежегодно приводят к потере 2 миллионов лет жизни из-за инвалидности и смерти во всем мире.
В отличие от пчел и термитов, колонии этого вида плоских червей находятся не под землей или в дупле дерева, а внутри тела живой улитки. Паразиты не убивают улитку, а вместо этого годами высасывают питательные вещества, производя свободно плавающие клоны, которые ищут рыбу, следующего хозяина плоских червей в их сложном жизненном цикле.
«По сравнению с пчелами или термитами, в лаборатории можно разместить гораздо больше колоний этих плоских червей», — сказал Райан Хечингер, эколог из Scripps и старший автор исследования. «Эти плоские черви могут стать бесценными инструментами для исследования фундаментальных вопросов социобиологии — например, «как развивается этот тип социальной организации?»
Хотя у некоторых других видов этого класса паразитических плоских червей, называемых трематодами, также есть солдаты, у этих видов солдаты могут по-прежнему содержать некоторое количество неактивной репродуктивной ткани, что позволяет предположить, что в какой-то момент они могут стать репродуктивными.
По словам Хечингера, это исследование является первым доказательством существования трематод-солдат, которые настолько физически специализированы для выполнения своей задачи, что у них отсутствуют какие-либо репродуктивные ткани, и они, по-видимому, навсегда неспособны к размножению.
Haplorchis pumilio образует гнездообразные колонии внутри пресноводной улитки Melanoides tuberculata, а затем заражает двух других последовательных хозяев в течение своего жизненного цикла — обычно рыбу и, наконец, теплокровное позвоночное. И трематода, и улитка являются аборигенными для Африки и Южной Азии, но коинвазивны в Америке, включая Калифорнию, Техас и Флориду.
Фаза жизненного цикла этого трематода, когда он формирует колонию внутри улитки, — это то, где исследователи столкнулись с кастой солдат . Солдаты защищают колонию от незваных гостей, таких как другие паразиты, используя большой рот, который создает мощное всасывание, способное прорывать дыры во врагах и высасывать их внутренности.
«Эти черви хотят охранять свой дом», — сказал ведущий автор статьи Дэн Метц. «Еще один паразит, заражающий их улитку, подобен тому, как если бы кто-то пришел в ваш дом и угрожал вашей семье. Вы сделаете все возможное, чтобы защитить свою семью, и эти черви тоже».
Метц столкнулся с этими червями довольно удачно. Во время прогулки вокруг озера Мюррей в Сан-Диего, Калифорния, он увидел незнакомую улитку у кромки воды и отнес ее в лабораторию. Оказалось, что улитка была Melanoides tuberculata, и она также была заражена трематодой Haplorchis pumilio.
При более внимательном рассмотрении колонии паразитов Метц и Хехингер заметили, что многие члены колонии были примерно в два раза короче и имели иные пропорции, чем остальные. Эти более мелкие черви оказались солдатами, которые, несмотря на то, что были меньше половины миллиметра в длину (0,02 дюйма), имели рты в пять раз больше, чем у их гораздо более крупных, репродуктивно способных собратьев.
«Эти солдаты на самом деле просто подвижные челюсти», — сказал Метц. «Вся их функция — кусать».
В ходе экспериментов и тщательного изучения Метц и Хехингер обнаружили ряд доказательств, которые указывают на то, что эти солдаты полностью отличаются от своих способных к размножению сородичей внутри колонии.
Во-первых, у всех солдат отсутствовали какие-либо репродуктивные органы, в то время как даже у самых незрелых половых червей, включая нерожденных, еще находящихся внутри своих родителей, имелись обнаруживаемые репродуктивные структуры.
Во-вторых, исследователи не обнаружили ни одного червя, пропорции тела которого, казалось бы, перекрывали бы физический разрыв между солдатами и репродуктивными червями. Солдаты всех размеров имели относительно массивные пасти по сравнению с общим размером их тела, в то время как ни один репродуктивный червь не приближался к пропорциям солдат, сосредоточенным вокруг рта. И в-третьих, исследователи показали с помощью экспериментальных испытаний, что солдаты постоянно нападали на других паразитов, в то время как репродуктивные черви почти не демонстрировали агрессивного поведения.
Исследование также показало, что наличие преданных своему делу солдат, по-видимому, способствует экологическому доминированию этого вида трематод, по крайней мере в его инвазивном ареале в Южной Калифорнии.
Среди других видов трематод, которые также проникли в Южную Калифорнию и заражают тех же улиток, исследователи подсчитали, что виды, производящие солдат, стали причиной около 94% всех случаев смерти, произошедших среди различных видов.
Эта превосходящая огневая мощь в борьбе с трематодами привела к тому, что численность других видов трематод оказалась намного ниже, чем могла бы быть.
«Солдаты не заражают людей — они есть только в улитках», — сказал Метц. «Другая стадия жизненного цикла червя заражает теплокровных позвоночных, включая людей, но наличие солдат делает этого паразита более успешным в заражении улиток, что означает больше возможностей для передачи людям».
Этот паразит распространяется по всему миру, и понимание его биологии может быть важно для общественного здравоохранения, а также для понимания эволюционных корней сложной социальной организации. Также может быть много других видов трематод с постоянными кастами солдат.
«Мы только начали поиски», — сказал Хечингер. «На планете может быть до 200 000 видов трематод, и мы рассмотрели лишь несколько из них в контексте социальной организации. Нам еще многое предстоит узнать о способах, с помощью которых трематоды создают сложные общества с разделением труда».
