У муравьиных львов нашли паралитический яд

При этом в синтезе белков, впрыскиваемых личинками сетчатокрылых, могут принимать участие и симбиотические бактерии — однако они есть не у всех видов.

Рис. 1. a — муравьиный лев (Myrmeleontidae), b — пыльнокрыл (Coniopterigidae), c — нитекрылка (Nemopteridae), d — мантиспида (Mantispidae). Фото не в масштабе. Сложно поверить, но все эти насекомые относятся к одному и тому же отряду сетчатокрылых (Neuroptera). Фото © cotinis, Steve & Alison1, Mar Sanz и KS Tan Sg с сайта flikr.com

Отряд сетчатокрылых (Neuroptera) включает внешне очень непохожих насекомых. Казалось бы, что может общего между крошечными пыльнокрылами, напоминающими белесую моль, и крупными муравьиными львами, которых иногда путают со стрекозами? Или между нитекрылками, порхающими над цветками, словно причудливые бабочки, и мантиспидами, копирующими богомолов? Тем не менее, всех этих существ объединяет один важный признак — уникальная конструкция личиночного ротового аппарата. Личинки пыльнокрылов, муравьиных львов и всех остальных сетчатокрылых вместо стандартных ротовых частей грызущего типа несут на голове две трубочки, заостренные на конце. Каждая из этих трубочек состоит из двух половинок — видоизмененных максиллы и мандибулы. У ближайших родственников сетчатокрылых, вислокрылок и верблюдок, как, впрочем, и у других насекомых, ничего подобного нет, так что границы этого отряда очерчены очень хорошо, и никто не отваживается ставить под сомнение его монофилию.

Личинки почти всех сетчатокрылых употребляют животную пищу — исключение составляют итониды (Ithonidae), которые, как считается, могут высасывать соки из древесных корней, хотя в точности это не доказано. Некоторые сетчатокрылые на личиночной стадии промышляют эктопаразитизмом — их мишенями становятся паучьи коконы, почвенные личинки ос и жуков и даже пресноводные губки. Но все же большинство личинок сетчатокрылых — это хищники, которые подстерегают своих жертв в засаде либо в специально вырытой песчаной воронке, как знаменитые личинки муравьиных львов, или охотятся, бегая по коре и листве. В зависимости от образа жизни сосательные трубочки (по-английски — sucking tubes) личинок сетчатокрылых могут быть прямыми и изогнутыми, длинными и короткими, с зубцами и без. Но все они, как несложно догадаться, предназначены для питания жидкостями — сомневающиеся могут попробовать отрезать и отправить в рот кусок мяса с помощью трубочки для коктейля.

Однако мелкие членистоногие, на которых охотятся личинки сетчатокрылых, — это не пакетики с соком, чтобы их можно было проколоть и выпить без лишних усилий. Поэтому сначала личинкам приходится впрыскивать в добычу пищеварительные ферменты, разжижающие ее мышцы и внутренние органы — иначе говоря, прибегать к внекишечному пищеварению. Некоторые энтомологи думают, что эти ферменты поступают прямиком из кишечника по пищевому каналу, расположенному внутри сосательной трубочки, а полупереваренный «супчик» при засасывании идет этим же путем в обратном направлении. Более того, японские ученые ранее обнаружили, что в пищеварительной системе личинок муравьиного льва Myrmeleon bore живут симбиотические бактерии, которые выделяют вещества, помогающие им убивать своих жертв. В частности, было установлено, что бактерии снабжают Myrmeleon bore белком, гомологичным бактериальному шаперонину GroEL. Этот белок оказывает парализующее воздействие на насекомых и поступает в предротовую полость через протоки слюнных желез (N. Yoshida et al., 2001. Chaperonin turned insect toxin). Предполагалось, что личинка впрыскивает его в добычу наряду с собственными кишечными ферментами и продуктами жизнедеятельности других бактерий, обитающих в стенках пищевода и зобике — отделе прямой кишки (H. Nishiwaki et al., 2007. Insecticidal bacteria isolated from predatory larvae of the antlion species Myrmeleon bore (Neuroptera: Myrmeleontidae)).

Рис. 2. Личинка муравьиного льва Euroleon nostras (a) и златоглазки Chrysoperla carnea (b); внизу — схема строения личинки муравьиного льва. Изображение из обсуждаемой статьи

Однако авторы нового исследования поставили эту концепцию под сомнение, изучив личинок двух видов сетчатокрылых — муравьиного льва Euroleon nostras и златоглазки Chrysoperla carnea. Личинок первого вида ученые поймали в дикой природе, личинки второго происходят из лабораторной культуры. Чтобы разобраться, что же за вещества они вводят в своих жертв, исследователи использовали муляж добычи — небольшую капсулу, сделанную из лабораторной пленки «Парафильм», внутри которой находилась капелька фосфатного буферного раствора. Экспериментаторы двигали этим муляжом перед личинками таким образом, чтобы те приняли его за маленькое насекомое и вонзили в него свои сосательные трубочки. По истечении 10 минут муляж у личинок изымался, и ученые анализировали, что они туда впрыснули. Ранее эта же методика была успешно опробована на клопах-хищнецах, которые тоже практикуют внекишечное пищеварение (M. Fischer et al., 2020. Context-dependent venom deployment and protein composition in two assassin bugs).

Рис. 3. Группы белков, входящих в состав смеси, которую впрыскивают личинки златоглазки Chrysoperla carnea и муравьиного льва Euroleon nostras в своих жертв. Рисунок из обсуждаемой статьи

Жидкостная хромато-масс-спектрометрия показала, что личинки муравьиного льва вводят в жертву более сложную смесь — она состоит из 256 разных белков, тогда как у личинок златоглазки — всего из 137. Преобладают среди них протеазы — ферменты, отвечающие за расщепление пептидных связей, и гемолизины — они занимаются разрушением клеток крови. Но, вопреки результатам своих коллег, ученые не обнаружили у личинок муравьиного льва белков бактериального происхождения, а вот смесь, выделяемая личинками златоглазки, их содержала, включая бактериальные шаперонины. Оказалось, что в личинках муравьиного льва бактерий вообще нет — с помощью метода флуоресцентной гибридизации in situ (метод FISH) ученые пытались найти следы бактериальной ДНК в их пищеварительной системе и тканях головы, но эти поиски окончились безрезультатно. Напротив, этот же метод выявил множество бактерий у личинок златоглазки — они присутствуют как в просвете кишки и между клетками жирового тела, так и внутриклеточно в тканях головы.

Рис. 4. Срезы через основания максилл личинок сетчатокрылых, покрашенные по методу FISH (флуоресцентная гибридизация in situ). Голубым окрашены клеточные ядра, фиолетовым и желтым — клетки бактериальных эндосимбионтов. Видно, что в тканях личинки муравьиного льва Euroleon nostras (b, d) никаких бактерий нет, тогда как у личинки златоглазки Chrysoperla carnea они присутствуют в большом количестве (с, e, f). Условные обозначения: медиальная (mvg) и латеральная (lvg) ядовитые железы, pc — преоральная полость, fc — пищевой канал внутри сосательной трубочки, mx — максиллы. Рисунок из обсуждаемой статьи

Когда при помощи электрофореза белков исследователи сравнили смесь, которую личинка муравьиного льва впрыскивает в муляж, с экстрактом из ее передней и средней кишки, они поняли, что у них совсем разный состав. Из этого авторы статьи сделали вывод, что личинки сетчатокрылых не вводят в жертву ферменты из кишечника, как считалось раньше. Вместо этого они впрыскивают туда продукты трех особых желез. Рентгеновская микротомография и гистологические срезы позволили реконструировать их устройство — у личинок златоглазки и муравьиного льва оно, как выяснилось, почти одинаковое. В основании максиллы, которая образует половинку сосательной трубочки, у сетчатокрылых расположены две ядовитые железы — авторы статьи назвали их медиальной и латеральной. Они открываются в особый ядовитый проток, который идет по максилле отдельно от пищевого канала в центре сосательной трубочки. Кроме того, у личинки есть еще головная железа — как явствует из ее названия, она находится в голове. Головная железа открывается в пищевой канал. Таким образом, часть белков, впрыскиваемых в жертву, идет по ядовитой протоке, часть — по пищевому каналу. Но, судя по тому, что гены, кодирующие эти белки, у личинок муравьиных львов экспрессируются преимущественно в максиллах, основную роль в их синтезе играют именно медиальные и латеральные ядовитые железы.

Рис. 5. Трехмерные реконструкции внутреннего строения головы личинки муравьиного льва Euroleon nostras (a–c) и личинки златоглазки Chrysoperla carnea (e–g), сделанные с помощью микротомографии, а также срезы через основания максилл личинки муравьиного льва (d) и златоглазки (h). Фиолетовым отмечены участки пищеварительной системы: пищевые каналы внутри сосательных трубочек (fc), преоральная полость (pc), глотка (ph), пищевод (es), голубым — головная железа (cg), желтым — медиальная (mvg) и латеральная (lvg) ядовитые железы. Прочие обозначения: imms — максиллярная мускулатура, vc — ядовитый канал. Рисунок из обсуждаемой статьи

Интересно, что именно в медиальной и латеральной железах, а также в головной железе у личинок златоглазки сосредоточены бактерии. Зачем они нужны, впрочем, неясно — хотя бактериальные белки в яде муравьиного льва Myrmeleon bore, как следует из ранее опубликованных японских работ, токсичны для насекомых, в случае личинок златоглазки это не так. Эксперименты показали, что если перемолоть голову личинки златоглазки и ввести этот гомогенат дрозофилам, то он не будет иметь для них летального эффекта. Напротив, гомогенат из головы личинки муравьиного льва снижает выживаемость мушек до 67% в течение трех часов, и до 27% — в течение суток. Если же вводить дрозофилам яд муравьиных львов в чистом виде, то их выживаемость в течение 3 часов падает до 10%, а в течение суток они умирают поголовно. Также в течение часа после введения гомогенат головы личинки муравьиного льва вызывает у дрозофилы паралич, а вот гомогенат головы личинки златоглазки такими свойствами не обладает.

Получается, муравьиные львы Euroleon nostras справляются с выработкой паралитического яда и без бактерий. Зачем же они тогда нужны Myrmeleon bore, другому виду муравьиных львов? Может быть, наличие или отсутствие симбиотических бактерий связано с видовыми различиями? Или же данные предыдущих исследований о бактериях у муравьиных львов были ошибочными? Как бы то ни было, ясно одно — состав веществ, которые впрыскивают в добычу личинки сетчатокрылых, может значительно различаться в зависимости от охотничьей стратегии. Личинки златоглазок охотятся на мягкотелых, слабеньких тлей — их можно высосать и без предварительной парализации. А вот личинкам муравьиных львов приходится справляться с более норовистой добычей — поди затащи на дно воронки упирающегося муравья, который так и норовит впиться в тебя челюстями. Тут без паралитического яда не обойтись. Именно поэтому муравьиные львы вводят в жертву более сложный белковый «коктейль». К сожалению, данных о яде других сетчатокрылых пока нет — а ведь этот интересный отряд насчитывает не менее 6000 видов. Будем надеяться, что в дальнейшем мы увидим новые исследования на эту тему.

Источник: Maike Laura Fischer, Henrike Schmidtberg, Olivia Tidswell, Benjamin Weiss, Ludwig Dersch, Tim Lüddecke, Natalie Wielsch, Martin Kaltenpoth, Andreas Vilcinskas & Heiko Vogel. Divergent venom effectors correlate with ecological niche in neuropteran predators // Communications Biology. 2024. DOI: 10.1038/s42003-024-06666-9.

Александр Храмов, Элементы.