Эволюция наделила некоторых паразитов просто невероятными способностями, позволяющими им выживать и размножаться за счет «подчинения» себе хозяина. К ним относится не только грибок кордицепс, который превращает муравьев в зомби. Еще одним ярким примером служат бактерии Wolbachia. Они не «зомбируют» насекомых, но зато создают паразитические популяции, состоящие исключительно из самок. В недавнем исследовании ученые смогли выяснить, как именно им удается избавиться от самцов.

Ученые выяснили, как бактерии меняют пол насекомых. Источник фото: sputnik.by

Почему бактерии избавляются от самцов насекомых

Вольбахии впервые были обнаружены еще в 1924 году в организме комаров. К слову, свое название бактерия получила в честь Симеона Бёрта Вольбаха, одного из ученых, которые ее открыли. Эти микробы размножаются исключительно внутри клеток членистоногих и нематод. Причем они довольно распространены — ими по некоторым данным заражено около 2 % всех видов насекомых.

Давно известно, что эти бактерии уничтожают самцов в популяции. Почему бактерии их так не любят? Все дело в том, что вольбахии могут передаваться только одним способом — от родителя к потомству через женские яйца. Это значит, что зараженный самец не может заразить бактерией другое насекомое. Соответственно, микробы, оказавшиеся внутри самца, рано или поздно вынуждены погибнуть всей колонией.

Бактерия Wolbachia, которой заражены до 20% насекомых. Источник фото: labroots.com

Впервые ученые обнаружили, что вольбахии способны менять соотношение самцов и самок в популяциях около 30 лет назад. Однако только сейчас удалось выяснить, как именно это происходит.

Как бактерии меняют популяции насекомых

Вольбахия не использует какой-нибудь один инструмент, чтобы избавиться от самцов, а задействует множество различных «уловок». Например, они уничтожают эмбрионов самцов и предотвращают развитие яиц. Кроме того, заставляют взрослых самцов некоторых видов развивать женские черты, то есть превращаться в самок.

Однако, как показало недавнее исследование, опубликованное в издании Genome Biology, один из основных способов, который позволяет бактерии создать популяцию, состоящую исключительно из самок — манипулирование размножением хозяина, что позволяет им получать потомство только женского пола. Но как же колония в таком случае продолжает существование? Бактерия, как выяснилось, имеет все необходимое, чтобы самки сами могли продолжать свой род. По крайней мере, это касается ос.

Бактерия меняет пол насекомого на этапе развития в яйце. Источник фото: firma-zarya.ru

Давно известно, что осы разных полов имеют разное количество хромосом. Самки содержат две копии хромосом и развиваются из оплодотворенных яиц. Самцы же отличаются тем, что обладают только одним набором хромосом, соответственно, они имеют только одну копию каждого гена. Но самое главное — они развиваются из неоплодотворенных яиц.

Как показали предыдущие исследования, изначально хромосомы дублируются, но затем разделяются на отдельные клетки. В результате дочерние клетки получают только половину хромосом родительской клетки.

Как бактерии меняют пол самцов ос

Ученые обнаружили, что бактерия меняет пол самцов на самом раннем этапе развития. Используя определенный механизм, который ученые пока до конца не могут понять, вольбахия предотвращает деление хромосом. В результате эмбрион в яйце получает две копии хромосом.

Популяции зараженных ос состоят исключительно из самок. Источник фото: tver.aif.ru

Другими словами, вместо самцов из яиц появляются самки, которые впоследствии передают бактерии своему потомству. В результате популяция может обходиться полностью без самцов. Но каким образом бактерии это удается сделать? Частично на этот вопрос отвечает другое исследование, которое было опубликовано в издании Current Biology в апреле 2024 года.

В ходе этого исследования ученые обнаружили ген внутри ДНК Wolbachia, который, скорее всего, был позаимствован бактерией у насекомых. Этот ген кодирует белок, отвечающий за пол потомства. Таким образом, Wolbachia не даже манипулирует полом хозяина, а сама принимает определенное участие в формировании эмбриона.

Нынешнее исследование подтвердило эти выводы — аналогичные гены, отвечающие за определение пола, были обнаружены у других насекомых. Это значит, что в далеком прошлом бактерии Wolbachia заразили какого-то насекомого, и позаимствовала у него “инструмент” для борьбы с самцами в виде генов определения пола.

Ученые используют бактерию для борьбы с опасными насекомыми. Источник изображения: nea.gov.sg

Как мы видим, паразиты порой используют действительно невероятные стратегии для своего выживания. Например, червь конский волос заставляет своего хозяина завершать жизнь самоубийством, а грибок Entomophthora muscae управляет поведением мух дрозофил, и заставляет их перед смертью выполнять определенные действия.

Надо сказать, что нынешнее исследование не только раскрывает удивительную способность бактерий приспосабливаться к различным условиям, но и имеет практическое значение. Дело в том, что Wolbachia уже используются для сокращения числа насекомых, переносящих опасные заболевания, таких как комары. Более глубокое понимание того, как бактерия контролирует популяции насекомых, позволит добиться еще большей эффективности этих проектов.