За порогом вражды

Содружество «в два этажа»

Спустимся теперь сразу на много ступенек вниз по «животной лестнице» и присмотримся повнимательнее к насекомым. У них микросимбионтов для изучения более чем достаточно.

Рыжий таракан, или прусак, справедливо считается типичным представителем этого самого обширного класса живых существ. На нём как на классическом объекте будущие энтомологи знакомятся с организацией шестиногих. Начнем с него и мы.

Давно известно, что тараканы могут месяцами, а то и всю жизнь питаться бумагой, тряпьем, ватой, картоном и прочей макулатурой, оставаясь при этом абсолютно здоровыми и продолжая регулярно размножаться. Что это за удивительная способность? И какие питательные вещества могут быть в бумаге?

Разгадка секрета все та же. В кишечнике тараканов обитает масса помощников-симбионтов, весьма облегчающих суровую жизнь своих хозяев. Это всевозможные микробы и простейшие. Бактериями, кроме того, буквально забита часть клеток (их называют мицетоцитами) так называемого жирового тела, принимающего активное участие в обмене веществ. А у самок они концентрируются также в яичнике, где незадолго до откладки кокона ими заражаются яйца. Молодые личинки, едва появившиеся на свет, уже, таким образом, заражены бактериями в полном ассортименте.

Первые попытки выяснить опытным путем роль симбионтов в жизни тараканов были неудачными. Хотя коконы в экспериментах и дезинфицировали, а личинок выращивали на стерилизованной пище, полностью освободить от микробов все внутренности, конечно, не удавалось, и часть бактерий, видимо, оставалась живой. Для полного их уничтожения нужны были антибиотики, а их еще предстояло открыть.

Решающие опыты на тараканах провела в 50-х годах XX века американка Марион Букс. В течение нескольких дней она добавляла в их пищу препарат хлортетрациклина. У взрослых насекомых особых последствий не наблюдалось, зато у потомства изменения были налицо. Личинки росли очень плохо, а их покровы совершенно не темнели: в них не вырабатывалось пигмента. И это несмотря на то, что содержались личинки на обычной диете, без антибиотика. Когда исследовали их внутренности под микроскопом, в них не нашли ни одной бактерии. Так было убедительно доказано, что тараканы не могут долго жить и питаться без привычных симбионтов.

От бактерий зависит еще одно удивительное свойство прусаков, которого нет у высших животных: они способны использовать для постройки своего тела минеральную серу. Насекомым специально добавляли в пищу сульфаты, содержавшие радиоактивный изотоп этого элемента. Вскоре такую меченую серу находили уже в составе их белков. Прусаки, лишенные симбионтов, эту способность утрачивали.

Еще интереснее симбиоз у близких родичей тараканов — термитов. Из предыдущей главы мы знаем, что термиты способны питаться древесиной благодаря помощи жгутиконосцев. Впервые об этом поведал миру в начале 30-х годов американский протозоолог Лемюэль Кливленд. Его открытие было подлинной научной сенсацией, которая неожиданно привлекла к миру шестиногих внимание многих исследователей с совершенно новой стороны. Теперь им было легче подбирать ключи к тайнам однообразного «меню» других насекомых, потому что руководящая идея уже была найдена и торжествовала: надо искать симбионтов!

Термиты «отвели» для своих постояльцев заднюю кишку. Она у них сильно расширена и буквально набита жгутиконосцами, бактериями и спирохетами. Большинство видов этих жгутиконосцев нигде, кроме как у термитов (и еще одного вида тараканов), до сих пор не обнаружено.

Жгутиконосец, заглатывающий кусочек древесины

Кливленд убивал жгутиконосцев, помещая термитов на несколько часов в камеру с повышенным давлением и достаточным количеством кислорода, что не причиняло насекомым непосредственного вреда, но губительно воздействовало на жгутиконосцев. Таких термитов он продолжал кормить обычной пищей — древесными опилками и фильтровальной бумагой, соблюдая также прочие необходимые условия. Через две-три недели все подопытные термиты, лишенные жгутиконосцев, погибли. Смерть удавалось предотвратить, если в садок к неполноценным насекомым подсаживали несколько нормальных, у которых те слизывали капельки выделений из задней кишки. Жизнь термитов можно было также продлить, давая им глюкозу.

Вывод, сделанный из этих опытов, совершенно очевиден: жгутиконосцы играют в жизни термитов ту же роль, что бактерии у жвачных. Кливленду удалось даже наблюдать в микроскоп, как эти неутомимые «работяги» захватывали кусочки древесины. Затем из их компании выделили первый вид из рода трихомонас и заставили его расти в специальной среде вне тела хозяина. От него получили и чистый фермент, разлагающий клетчатку, — целлюлазу. Секрет питания термитов был окончательно раскрыт.

Стали изучать симбионтов обстоятельнее и, в частности, обратили внимание на одного жгутиконосца, выделенного из австралийских термитов. Кажется, весь он покрыт жгутиками. На переднем конце клетки торчит пучок из четырех жгутиков, которые постоянно колышутся. Рассмотрели их в электронный микроскоп — и тут исследователей ждало открытие. Оказалось, что из четырех жгутиков только один, самый длинный действительно настоящий и принадлежит этому одноклеточному существу; остальные три — вовсе не жгутики, а отдельные бактериоподобные организмы, прозванные за спиральную форму тела спирохетами.

Ими оказались и все остальные «жгутики», покрывающие клетку симбионта. По поверхности этой клетки выстроились небольшие выросты в виде полукруглых петелек. С задней стороны на них сидит по одной спирохете, с передней — по одной бактерии-палочке. Внутри самого жгутиконосца обитают еще какие-то бактерии.

О назначении обоих типов бактерий ничего не известно. Что же касается спирохет, то они играют роль основных «двигателей»: посредством их волнообразных движений, каким-то образом точно скоординированных, жгутиконосец энергично передвигается.

Странного симбионта со «жгутиками», «смонтированными» из других организмов, удачно назвали миксотриха парадокса, что в переводе с латинского означает «парадоксальный организм с разными жгутиками». С его открытием обнаружилось, что симбиоз строится у термитов как бы в два «этажа» и по своей идее напоминает русскую матрешку: внутри главной фигуры симбиоза — термита — обитают жгутиконосцы, а внутри и на теле жгутиконосцев — бактерии и спирохеты.

Примерно в то же время, когда открыли этот двойной симбиоз у термитов (казавшийся тогда уникальным), была раскрыта и загадочная способность тараканов довольствоваться скудной диетой. Тогда же обратили внимание на их тропических сородичей, живущих на одной древесине. В их задней кишке без особого труда обнаружили массу бактерий, а у крупного яванского таракана нанести и прибежищем для бактерий служила передняя кишка.

Но если у тараканов клетчатку помогают переваривать бактерии, то, может быть, и у термитов главные помощники не сами жгутиконосцы, а их микробы? Тем более что термиты и тараканы довольно близкие родственники. Действительно, вопрос этот возник сразу, но окончательный ответ на него до сих пор не получен. Судя по некоторым фактам, бактерии жгутиконосцев не остаются простыми «нахлебниками», но доступными только им средствами помогают своим хозяевам в их нелегком «труде».

В дополнение ко всем «чудесам» термитов стоит еще отметить, что в этих с виду жалких обитателях темных подземелий, лишенных радости видеть красоту мира, к тому же обнаружены и бактерии-азотфиксаторы, поставляющие их хозяевам материал для постройки белков. Подводя общий итог, приходится признать, что термиты не так уж обижены судьбой.