Американские зоологи выяснили, что куколки муравьев Ooceraea biroi производят питательный секрет. Взрослые особи поедают его сами и кормят им молодых личинок. Хотя рабочие особи и личинки муравьев часто кормят друг друга выделениями изо рта или ануса, до сих пор считалось, что куколки этих насекомых пассивны и не принимают участия во взаимодействиях с сородичами. Судя по всему, способность куколок производить секрет широко распространена среди муравьев: исследователи обнаружили ее у представителей пяти основных подсемейств.
Муравьи в колонии постоянно взаимодействуют друг с другом. Например, рабочие особи ухаживают за личинками, переносят их и кормят. Особенно важную роль в общении муравьев играет так называемый трофаллаксис - обмен пищей и выделениями изо рта в рот или из ануса в рот. Взаимное кормление отмечено как между взрослыми особями, так и между взрослыми особями и личинками.
Команда энтомологов под руководством Орли Снир из Рокфеллеровского университета решила выяснить, участвуют ли в общении с сородичами еще одни члены муравьиных колоний - куколки. Чтобы разобраться в этом вопросе, исследователи провели наблюдения за куколками азиатских муравьев Ooceraea biroi, которых выращивали в изоляции от сородичей с момента окукливания до выхода имаго.
Оказалось, что вскоре после потемнения покровов (этот процесс известен как меланизация) и за шесть дней до вылупления имаго куколки начинают производить жидкий секрет. Сначала он скапливается под оболочкой куколки (экзувием), а затем выделяется через ректальное впячивания, образуя характерную каплю на брюшке. Когда эксперимент повторили, изолировав куколок за девять дней до вылупления, секрет выделяли 99,93% из них. 70% куколок непрерывно производили жидкость на протяжении пяти дней до вылупления, причем ее среднесуточные объемы постоянно росли. В общей сложности группа из 149-166 куколок выделяла 23,2 микролитра секрета.
На следующем этапе Снир и ее коллеги проверили, выделяют ли куколки секрет в естественных условиях. Для этого они вводили синий краситель в экзувиальную полость меланизированных куколок из десяти колоний. В течение последующих 24 часов авторы находили следы этого красителя в пищеварительном тракте всех взрослых муравьев из тех же колоний. Поскольку к концу эксперимента ни одна куколка не погибла, исследователи пришли к выводу, что взрослые муравьи получают краситель, поглощая секрет куколок, а не поедая самих куколок.
Затем авторы подсадили к изолированным меланизированным куколкам взрослых муравьев. Наблюдения показали, что последних привлекают выделения куколок и они охотно поглощают эти выделения. При этом если кончик тела куколки закупорить так, чтобы секрет из нее не выделялся, интерес взрослых особей к ней снизится.
Изолированные куколки, у которых Снир и ее соавторы ежедневно удаляли выделившийся секрет, отличались высокими показателями выживаемости. До вылупления удалось дожить примерно 90% из них. В колониях уровень выживаемости куколок также был высоким. А вот изолированные куколки, у которых не удаляли секрет, тонули в нем. Более того, если таких куколок держали в уже использованных ящиках, они погибали из-за грибковой инфекции, которая распространялась по жидкости. Таким образом, в колониях куколки зависят от взрослых особей, которые очищают их от секрета и тем самым защищают от заражения грибком.
На следующем этапе исследователи проанализировали состав жидкости, выделяемой куколками, с помощью жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией. Выяснилось, что она заметно отличается от простого смыва с поверхности куколки. Из 212 выявленных в секрете белков 185 не были обнаружены в смыве - либо их концентрация в секрете была намного выше. Кроме того, в выделяемой куколками жидкости были выявлены незаменимые аминокислоты, углеводы, нуклеиновые кислоты и витамины. Дополнительный анализ показал, что секрет куколок происходит из так называемой линочной жидкости, которая содержит высокую концентрацию ферментов для растворения хитиновых покровов.
Поскольку секрет куколок обладает высокой питательной ценностью, Снир и ее коллеги предположили, что его могут употреблять и личинки, которые быстро растут и поэтому нуждаются в дополнительных источниках энергии. Жизненный цикл O. biroi состоит из двух повторяющихся стадий: фазы размножения и фазы ухода за потомством. На первой фазе рабочие особи ухаживают за куколками и откладывают яйца (у данного вида нет маток, а потомство производят рабочие, достигшие определенного возраста). В этот период они редко ищут корм за пределами колонии. На второй фазе муравьи кормят личинок позднего возраста, ради снабжения которых регулярно покидают колонию.
Личинки появляются из яиц в последние дни фазы размножения, когда взрослые особи еще не добывают корм вне колонии. В этот период секрет, выделяемый куколками, может использоваться для выкармливания молодых личинок. Чтобы выяснить, действительно ли куколки играют роль в выкармливании личинок, исследователи изолировали куколок и яйца в середине фазы размножения. Первые личинки вылупились из яиц всего за день до того, как куколки начали выделять секрет, что свидетельствует о синхронизации этих событий.
Затем личинок поместили в колонию, где куколкам ввели синий пищевой краситель. В течение 24 часов после начала эксперимента авторы находили следы красителя в желудочно-кишечном тракте личинок. Судя по всему, взрослые муравьи приносят малоподвижных личинок к куколкам, после чего личинки слизывают секрет куколок.
Чтобы проверить эту идею, Снир и ее соавторы провели эксперименты с колониями из десяти взрослых особей и десяти молодых личинок. В качестве источника пищи им давали либо только меланизированных куколок своего вида, либо меланизированных куколок своего вида и мертвых куколок красных огненных муравьев (Solenopsis invicta), либо только куколок красных огненных муравьев. Затем исследователи в течение пяти дней раз в сутки фиксировали положение личинок.
В колониях, которым выдали только куколок своего вида, взрослые особи помещали почти всех личинок на куколок, чтобы они могли слизывать их секрет. Если у муравьев был выбор между куколками своего вида и мертвыми куколками огненных муравьев, они помещали личинок на куколок своего вида. Когда в распоряжении взрослых особей были только куколки огненных муравьев, они все равно не сажали на них молодых личинок, поскольку те были слишком малы для такой пищи. При этом в присутствии куколок личинки лучше росли и выживали по сравнению с личинками, которые росли в колониях без куколок. Результаты экспериментов подтверждают, что секрет куколок служит аналогом молока для выкармливания недавно вылупившихся личинок.
По словам Снир и ее соавторов, это первый известный пример того, как муравьиные куколки выделяют питательный секрет. Однако, судя по всему, данная особенность широко распространена среди муравьев - или вообще встречается у всех видов этих насекомых. На это указывают результаты дополнительных экспериментов, в ходе которых исследователи выявили способность к выделению жидкости у куколок еще четырех видов этих насекомых. S. invicta, Nylanderia flavipes, Tapinoma sessile и Ponera pennsylvanica. Вместе с Ooceraea biroi они представляют пять основных подсемейств муравьев. Кроме того, взрослые муравьи S. invicta, N flavipes и P. pennsylvanica поедают выделяемую куколками жидкость. Однако у куколок медоносных пчел (Apis mellifera) никаких признаков выделения секрета выявлено не было, так что это не общая особенность перепончатокрылых или общественных насекомых.
Источник: https://nplus1.ru/
