Впервые обнаружили вид мясной мухи, имитирующий термитов для совместного существования в колонии.
Впервые в истории международного исследования, проведенного Институтом эволюционной биологии (IBE), совместным центром Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) и Университетом Помпеу Фабра (UPF), вместе с Ботаническим институтом Барселоны (IBB, CSIC-CMCNB), был обнаружен вид мясной мухи (семейство Calliphoridae), чьи личинки проникают в колонии термитов-жнецов для своего комфортного существования.
Открытие, опубликованное в журнале Current Biology, было сделано в горном хребте Анти-Атлас на юге Марокко, и оно раскрывает уникальные морфологические и химические адаптации. Это исследование помогает лучше понять эволюцию мух и адаптации видов, связанных с термитами.
«Это случайное открытие. В нашей исследовательской группе мы в основном изучаем бабочек и муравьев. Но из-за сильного дождя мы не могли найти бабочек, поэтому искали муравьев. И когда мы подняли камень, мы обнаружили термитник с тремя личинками мух, которые раньше никогда не видели. Возможно, вода затопила глубинные слои гнезда, и личинки выбрались на поверхность. Мы подумали, что это редкий вид, потому что провели еще три экспедиции в этом районе и не нашли ни одной мухи, за исключением двух мух, найденных в другом термитнике», — рассказывает Роджер Вила, исследователь IBE, который возглавлял исследование.
Команда описала морфологические приспособления этого вида мясной мухи. Личинки этого каллифорида развили уникальную маскировку, которая помогает им проникать в термитники.
На задней части тела личинок есть «маска термита»: нефункциональная «голова» с усиками и щупиками того же размера, что и у крупного термита-жнеца. Также у них есть два ложных глаза, которые являются дыхательными отверстиями личинки.
«Большинство термитов живут на глубине нескольких метров и не имеют возможности видеть. Но термиты-жнецы выходят наружу в сумерках, чтобы собирать траву, поэтому у них есть глаза, которые личинки могут имитировать своими дыхательными отверстиями», — объясняет Вила.
У личинок также есть необычные «щупья» вокруг их тела, которые очень подробно имитируют усики термитов. Это было продемонстрировано с помощью сканирующей электронной микроскопии. Множество щупалец, окружающих тело личинок, облегчает коммуникацию с несколькими термитами одновременно.
Личинки также обманывают запахом своих сородичей. Внутри гнезда термиты опознают друг друга по запаху, с помощью своих усиков, которые определяют форму и запах их братьев и сестер. Все члены гнезда делят этот запах, и термиты-солдаты атакуют любых посторонних гостей из других колоний. Однако эти личинки также умудряются имитировать характерный запах своих хозяев.
«Мы количественно изучили химический состав этих личинок, и результаты оказались удивительными: они неотличимы от термитов в колонии, где они живут; они пахнут точно так же. Кроме того, личинки и термиты в одной колонии имеют небольшие отличия в своем химическом профиле, который отличает их от других термитников. Этот запах является ключом для взаимодействия с термитами и получения выгоды от совместного существования. Это химическая маскировка», — поясняет Вила.
Когда команда обнаружила личинок в Марокко, они занимали пищевые камеры термитного гнезда. Поддерживая условия в лаборатории, ученые заметили, что личинки мух предпочитают заселяться в наиболее плотно заселенных местах гнезда, где они получают постоянное внимание термитов, которые их очищают с помощью своих ротовых частей.
Хотя команда не смогла определить, что едят эти личинки, они наблюдали поведение, похожее на трофаллаксис (то есть передачу пищи из рта в рот). «Личинки не только терпимы, но и постоянно контактируют с термитами, используя свои антенноподобные щупальца. Похоже, что термиты даже кормят этих личинок, хотя пока это не было достаточно доказано», — поясняет Вила.
Команда отмечает сложность содержания этих насекомых в лаборатории из-за необходимости поддерживать колонии пустынных термитов в особых условиях.
«Личинки, которых мы изучали, в конечном итоге погибли, не претерпевая метаморфозу. Поэтому есть элементы гнезда и симбиотических отношений между термитами и мухами, которые мы не смогли воссоздать в лаборатории. Их рацион в настоящее время неизвестен, и взрослая форма остается загадкой», — добавляет Вила.
Взаимоотношения между личинками мясной мухи и термитами, по-видимому, представляют собой форму социального паразитизма или симбиоза. Самый близкий аналог найден у горбаток. Однако у горбаток это касается взрослых особей, а не личинок, которые имитируют термитов, то есть пример независимой эволюции отношений с термитами, называемых термитофилией.
«Общий предок мясных мух и горбаток жил более 150 миллионов лет назад, что гораздо дольше, чем разделяет людей и мышей. Поэтому мы уверены, что мы обнаружили новый случай эволюции социальной интеграции», — объясняет Вила.
Команда использовала филогенетические исследования, чтобы показать, что обнаруженная муха принадлежит к роду Rhyncomya. Поскольку ни один из известных видов этого рода не имеет необычного образа жизни или уникальной морфологии, свойственных недавно обнаруженной мухе, исследование предполагает, что этот новый вид должен был эволюционировать очень быстро.
«Это открытие заставляет нас пересмотреть пределы и потенциал симбиотических отношений и социального паразитизма в природе. Но, прежде всего, мы должны понять, сколько мы еще не знаем о неисчерпаемом разнообразии и специализации насекомых, которые являются ключевыми организмами в экосистемах», — подводит итоги Вила.
Это международное исследование было результатом совместных усилий Института эволюционной биологии (IBE) и Ботанического института Барселоны (IBB, CSIC-CMCNB) в Барселоне, а также Университета Флоренции в Италии, Университета Миннесоты и Университета Северной Каролины в США и Музея естественной истории Дании.