Муравьи по запаху нашли раненых и полечили противомикробным секретом

Ученые из Германии, Швейцарии и Японии разобрались, как именно хищные муравьи лечат своих раненых товарищей после набегов на термитники. Выяснилось, что муравьи способны по запаху кутикулярных углеводородов определять, какие раны инфицированы, а какие нет. Инфицированные раны муравьи обрабатывают, используя секрет метаплевральных желез — он, как выяснили ученые, содержит множество противомикробных компонентов. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Хищные африканские муравьи Megaponera analis питаются только термитами, поэтому регулярно нападают на их гнезда и нередко получают раны и даже погибают. Несколько лет назад Эрик Франк (Eric T. Frank) и его коллеги из Вюрцбургского университета обнаружили, что легко раненых муравьев сородичи подбирают и уносят обратно в муравейник. Немного позже ученые из той же группы выяснили, что муравьи лечат своих раненых собратьев, зализывая раны и обрабатывая их секретом метаплевральных желез, который обладает антимикробными свойствами. Если муравьи не обрабатывают раны сородичей, 80–90 процентов из них умирают в течение суток после получения травмы — вероятнее всего, из-за инфекции. Лечение же помогает сократить смертность на 70 процентов.

Теперь Франк с коллегами из Вюрцбургского университета, Университета Лозанны и других университетов Швейцарии и Японии выяснили, отчего именно умирают раненые муравьи, чем их лечат сородичи и как они понимают, кого лечить. Для лабораторных экспериментов ученые отловили 11 семей муравьев в Национальном парке Комоэ в Кот-д’Ивуаре.

Сначала ученые убедились, что раненые муравьи погибают именно от инфекции. Для этого они сделали надрезы на ногах изолированных муравьев, раны половины насекомых оставили стерильными, а на другие нанесли почву из их естественной среды. Спустя 36 часов 90 процентов инфицированных муравьев, которые оставались в изоляции, погибло. Часть муравьев ученые перенесли обратно в колонии — там смертность среди инфицированных насекомых снизилась до 22 процентов: товарищи полечили их. Смертность стерильных муравьев не зависела от того, как они содержались: они умирали примерно с той же частотой, что и инфицированные особи в окружении сородичей. Культивирование микроорганизмов почвы помогло ученым обнаружить причину смерти раненых — бактерию Pseudomonas aeruginosa.

Авторы также пронаблюдали, как именно муравьи лечат товарищей. Сначала рабочие особи «вылизывали» рану с помощью ротового аппарата, а затем — в 10,5 процента случаев — обрабатывали рану секретом метаплевральных желез, расположенных на задней части брюшка. Муравьи использовали либо секрет своих собственных желез, собирая его ногами, а затем уже ртом, либо секрет желез раненого — его собирали сразу ртом. Обработка раны с секретом длилась почти вдвое дольше, чем без него. Ученые обнаружили, что муравьи отличали инфицированных раненых от стерильных: они чаще обрабатывали раны первых и чаще использовали для этого секрет метаплевральных желез. Кроме того, муравьи лечили инфицированные раны собратьев особенно интенсивно спустя 10–12 часов после ранения — как раз когда инфекция на пике и без лечения муравьи начинают умирать.

Дальше ученые провели химический анализ кутикулярных углеводородов (CHC) — веществ на поверхности тела муравьев, которые они используют для передачи информации. Профили CHC инфицированных и стерильных раненых муравьев отличались. Тогда исследователи сравнили экспрессию генов жировых тел — именно они должны отвечать за изменения CHC. Среди генов, связанных с синтезом CHC, 18 дифференциально экспрессировались у инфицированных и стерильных муравьев спустя 11 часов после воздействия P. aeruginosa. Еще 17 генов, экспрессия которых различалась, были связаны с иммунитетом. Судя по всему, эти изменения в составе CHC и позволяли другим муравьям диагностировать инфекцию у раненых сородичей.

Чтобы исследовать, как секрет метаплевральных желез действует на бактерии, ученые обработали им P. aeruginosa — рост бактерий снижался на 25 процентов. Затем авторы проанализировали состав секрета и обнаружили в нем 41 белок — 15 из них были схожи с токсинами с противомикробными свойствами. Также исследователи выявили еще 112 веществ, 6 из которых были структурно схожи с антибиотиками или фунгицидами, а 35 были алкалоидами, у многих из которых тоже есть противомикробные свойства. Еще секрет более чем наполовину состоял из карбоновых кислот, которые обеспечивали ему низкий pH, пагубный для роста и выживания бактерий.

Интересно, что секрет метаплевральной железы других видов муравьев содержит намного меньше химических соединений и в основном состоит из карбоновых кислот, но не из антибиотико-подобных веществ или алкалоидов.

Ранее мы рассказывали о том, как термиты научились избегать муравьев, которые на них охотятся: они ходят очень тихо и к тому же умеют имитировать муравьиные шаги, чтобы предупреждать сородичей об опасности — для этого они бьются головами или вибрируют телом.