Поляризованный свет привлек к воде зараженных волосатиками богомолов

Паразитические личинки волосатиков заставляют своих хозяев – хищных наземных насекомых – стремиться к водоемам, так как взрослые особи этих червей обитают в воде. Ученые изучили поведение зараженных богомолов и обнаружили, что волосатики манипулируют восприятием света хозяина — насекомых к водоемам привлекает поляризованный свет, который отражается от поверхности воды. Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.

Среди паразитов часто встречается способность к манипулированию поведением своих хозяев. К примеру, гриб кордицепс лишает хозяина — муравья-древоточца — обоняния и влияет на циркадные ритмы и передачу нейромедиаторов, в результате чего зараженное насекомое забирается на растение и вцепляется в него челюстями. После этого из тела муравья прорастает гриб и распространяет свои споры. Паразитический протист токсоплазма меняет поведение своих промежуточных хозяев — они становятся смелее и любопытнее, из-за чего чаще становятся жертвой кошачьих — окончательных хозяев паразита (1, 2, 3).

Манипулируют поведением хозяев и волосатики (Nematomorpha) — родственные нематодам черви с волосовидным телом, чьи личинки ведут паразитический образ жизни. Взрослые особи волосатиков — свободноживущие организмы, обитающие в водоемах. В упрощенном виде жизненный цикл волосатиков (4, 5) можно представить следующим образом. После спаривания самка откладывает яйца на водные растения. Из яйца через несколько дней выходит личинка, которая проникает в водную личинку насекомого (например, поденки), служащую паратеническим (транспортным) хозяином. После метаморфоза зараженное насекомое покидает водную среду.

На суше паратенического хозяина съедает хищное насекомое (богомол, кузнечик или жужелица), в чьем организме личинка волосатика и развивается. Перед завершением развития паразит начинает влиять на поведение хозяина — заставляет его стремиться к воде. В водоеме волосатик покидает хозяина через задний конец его тела (через кишку или покровы), после чего насекомое может выжить, если не утонет или не будет съедено. Такой жизненный цикл характерен для пресноводных волосатиков, которые составляют большинство видов. Однако есть несколько морских видов, чьи личинки паразитируют на ракообразных, например на раках-отшельниках.

Долгое время было неизвестно, каким образом волосатики заставляют наземных насекомых стремиться к воде. Сначала ученые предполагали, что паразиты вызывают у своих хозяев жажду. Затем было показано, что волосатики способствуют появлению у хозяев положительного фототаксиса — направленного движения к источнику света. Исследователи объяснили это тем, что водоемы отражают солнечный или лунный свет, который и привлекает насекомых.

Насоно Обаяси (Nasono Obayashi) из Университета Кобе и его коллеги из Японии и Тайваня посчитали, что фототаксиса недостаточно для привлечения насекомых к воде, так как в природе довольно много объектов, которые отражают свет, например песок. Биологи предположили, что волосатики вызывают у зараженных насекомых положительный поляротаксис — движение по направлению к источнику поляризованного света, так как отраженный от поверхности воды солнечный свет становится горизонтально поляризован.

Для подтверждения своей гипотезы исследователи решили изучить поведение богомола Hierodula patellifera, в котором паразитируют личинки волосатика Chordodes sp. Ученые собрали 59 зараженных и 44 незараженных особи богомолов в нескольких населенных пунктах японского острова Хонсю. Зараженных особей можно было определить по брюшку, из которого виднелся передний конец тела паразита. Незараженных особей после экспериментов вскрыли, чтобы подтвердить отсутствие волосатиков. При этом у некоторых особей обнаружили недавнее заражение, поэтому они были исключены из анализа.

Сначала ученые провели эксперимент в лаборатории: богомолов помещали в цилиндр, на одном из концов которого был источник поляризованного (горизонтально или вертикально), а на другом — неполяризованного света. Исследование проводили при четырех уровнях освещенности: 150 люкс (соответствует сумеркам), 2000 люкс (утро в пасмурную погоду), 6000 люкс (полдень в пасмурную погоду), 15000 люкс (солнечный день). Это было сделано для того, чтобы проверить, влияет ли освещенность на поведение богомола. Через 10 минут ученые фиксировали положение насекомого в цилиндре. Оказалось, что зараженные богомолы чаще, чем незараженные, выбирали источник поляризованного света (p = 0,005), причем именно с горизонтальной поляризацией. Такое поведение зараженные насекомые проявляли при освещенности 2000 и более люкс.

Затем ученые провели второй эксперимент. На сельскохозяйственной территории, принадлежащей Университету Кобе, исследователи сделали два бассейна: глубокий с темным дном и неглубокий со светлым. Первый отражал сильно поляризованный и тусклый свет, второй — слабо поляризованный, но яркий. Эксперимент проводился с 13 по 28 октября 2020 года — в это время волосатики в природе манипулируют своими хозяевами, чтобы попасть в водоем. Возле бассейнов биологи поставили саженцы дуба, на которые помещали богомолов, так как H. patellifera — древесный вид. Также ученые установили камеры, которые фиксировали поведение насекомых. В эксперименте участвовали 31 зараженная и 19 незараженных особей. 

В результате 16 зараженных богомолов прыгнули в воду, в то время как среди незараженных такое поведение проявила только одна особь (р < 0,001). Среди этих 16 богомолов 14 особей выбрали глубокий бассейн (p = 0,0042). Также исследователи выяснили, что насекомые предпочитали прыгать в водоемы в полдень. Биологи провели дополнительный эксперимент в лаборатории, который показал, что зараженные богомолы были наиболее активны в полдень и полночь.

Ученые пришли к выводу, что волосатики вызывают у богомолов положительный поляротаксис, а также изменение в суточной активности, благодаря чему паразиты в итоге попадают в воду. Авторы работы отмечают, что теперь необходимо установить нейробиологические механизмы такого манипулятивного воздействия.

Многие виды членистоногих могут видеть поляризованный свет. Например, раки-богомолы воспринимают линейную и круговую поляризацию света, и постоянное вращение глаз помогает им в этой способности.

Семён Морозов