Муравьи вылечили больных и не заразились сами
Австрийские энтомологи выяснили, что черные садовые муравьи (Lasius niger) обращаются со своими больными собратьями так, чтобы с одной стороны их вылечить, а с другой — не заразиться самим. Как рассказывается в Proceedings of the National Academy of Sciences, если муравей представляет угрозу заражения других особей, они редко чистят больного от инфекции и в основном лечат его бесконтактно, обрабатывая зараженную особь антимикробной жидкостью.
Черные садовые муравьи (они же черные лазии) живут колониями, которые, в среднем, насчитывают от четырех до семи тысяч особей. Из-за большой скученности инфекция может быстро распространиться по всему гнезду, поэтому муравьи выработали сложную стратегию защиты, в которую входит и груминг. В ходе груминга муравьи очищают собрата от патогенов (например, наросших грибков). Либо они лечат зараженного муравья бесконтактно и опрыскивают его антимикробной жидкостью с высоким содержанием муравьиной кислоты.
При лечении заболевшего собрата муравьи-«врачи» могут либо заболеть и погибнуть, либо выработать устойчивость к повторному заражению. С другой стороны, насекомое может, наоборот, стать более восприимчивым к новой инфекции, особенно если она возникает до того, как муравей выздоровел после первой. Чтобы выяснить, меняется ли поведение муравьев, если они заразились при взаимодействии с больной особью, а также приобретают ли они устойчивость к инфекции, группа Сильвии Кремер (Sylvia Cremer) из Австрийского института науки и технологии провела серию экспериментов с участием черных садовых муравьев. Исследователи заражали муравьев одним из двух патогенных грибков — Metarhizium robertsii или Beauveria bassiana, а через пять дней второй раз, похожим грибком либо из рода Metarhizium, либо Beauveria. У обоих паразитов одинаковый жизненный цикл: из почвы или с мертвых насекомых споры грибка попадают на кутикулу здорового муравья и сначала их можно либо очистить во время груминга, либо убить, опрыскав антимикробной жидкостью. Но затем споры прилипают к кутикуле, а потом проникают в тело насекомого. И тогда, в зависимости от дозы, муравей либо вырабатывает иммунитет к грибку, либо погибает.
После того, как насекомых инфицировали небольшим количеством патогена, ученые отслеживали, как болезнь повлияла на смертность при повторном заражении тем же или другим грибком. Также ученые смотрели на то, как поведение муравьев меняется по отношению к заболевшим особям, и меняется ли при этом динамика распространения болезни.
Оказалось, что при повторном заражении похожим грибком(А) большинство насекомых успевали выработать иммунитет и на них инфекция не действовала. Если же их заражали другим патогеном (В), то смертность насекомых возрастала и по сравнению с контрольной группой, которую заражали только один раз, и по сравнению с группой, зараженной похожими грибками. Выяснилось, что муравьи, зараженные патогеном А, меняли свое поведение по отношению к другим особям, если те были инфицированы патогеном В. В этом случае, муравьи меньше занимались грумингом заболевших, а лечили их, в основном, антимикробной обработкой. Как заметили исследователи, бесконтактный метод лечения помог снизить риск заражения на 15 процентов в случае грибков Metarhizium и на 92 процента — для грибков Beauveria.
«Такое поведение, уменьшающее риск заражения, улучшает и поддерживает здоровье заботящихся о больных насекомых, и тем самым, колонии в целом. В человеческом обществе медсестры и врачи тоже уделяют внимание своему иммунитету, например, делая вакцинацию перед тем как отправляться в опасную зону. Важно, что муравьи могут повышать иммунитет, не прибегая к вакцинации», — объясняет Кремер.
Ранее та же группа исследователей выяснила, как спасаются от инфекции королевы черных лазиев, которые совместно основали новую колонию. Если одна из маток заболела и умерла, другая либо закапывает ее, либо разгрызает тело и выбрасывает из гнезда.
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.