Эколог-эволюционист Ребекка Янке (Rebekka Janke) из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга и ее коллеги внимательно изучили процесс превращения во взрослое насекомое личинок жука-чернотелки (Lagria villosa), чтобы выяснить, что происходит в этот момент с живущими в ее организме симбиотическими бактериями. «Симбионты покидают открытую поверхность яйца, чтобы колонизировать карманы на спине личинок и куколок. Наконец, они попадают в специализированные железы, связанные с репродуктивной системой взрослых самок», — резюмирует Ребекка Янке.
Хотя в микробиоме жуков-чернотелок есть много симбиотических видов бактерий, наиболее важную роль играют бактерии из рода Burkholderia. Яйца и личинки жука уязвимы для инфекций, но бактерии Burkholderia, которых самки жуков выделяют на свои яйца из желез возле яичников, обеспечивают безопасность потомства, производя химические вещества, обладающие антимикробными свойствами. Как следствие один конкретный штамм Burkholderia,B.gladioli, или Lv-StB, настолько привык к жизни внутри жука, что потерял всякую способность к самостоятельеному существованию. Гены и клеточные структуры этой бактерии, отвечающие за подвижность, почти полностью исчезли, поэтому ее собственное выживание также зависит от жука-чернотелки.
Янке и ее команда отследили, что произошло с микробами, используя флуоресцентные маркеры и компьютерную микротомографию, а также образцы ДНК бактерий. После того как самки жуков покрывают яйца слизью желез, содержащей бактерии, бактерии Lv-StB проводят около шести дней на поверхности яиц, защищая их от паразитических бактерий и грибков. Как только личинки вылупляются, бактерии собираются в три глубокие складки на внешней кутикуле личинки. Складки расположены на задней части груди личинки. Они не просто обеспечивают защиту симбиотов, но также содержат железистые клетки, которые, вероятно, обеспечивают бактерий питанием. Затем бактерии покидают укрытие и оказываются на поверхности куколки, чтобы потом отправиться к кончику брюшка родившегося жука и заселить его железы.
«Изменяя свои уникальные "карманы", жукам Lagria удается сохранять своих защитных симбионтов и способствовать их перемещению во время окукливания во вновь развитые взрослые органы, — говорит эколог-эволюционист Лаура Флорес ( Laura V. Flórez) из Копенгагенского университета. — Заключительный этап пути бактерий во взрослые железы до сих пор остается неясным. Он происходит только у самок жуков. Самцы начинают терять бактерий со стадии куколки, складки кутикулы у личинок самцов намного меньше и не так глубоки, а у взрослых самцов симбиоты отсутствуют».
«Полученные результаты показывают, что экологическая важность симбионтов, вероятно, привела к эволюции специализированных структур в организме хозяина для размещения и поддержания бактерий во время метаморфоза», — заключают Янке и ее коллеги.
Исследование было опубликовано в журнале Frontiers in Physiology.
