Каннибализм может быть именно тем, что доктор прописал, согласно новому исследованию, которое будет опубликовано в журнале American Naturalist под руководством бывшего исследователя с докторской степенью LSU и нынешнего исследователя с докторской степенью из Калифорнийского университета в Сан-Диего или UCSD Бенджамина Ван Аллена. вместе с другими сотрудниками лаборатории Брета Элдерда в ЛГУ и лаборатории Фолькера Рудольфа в Университете Райса.
Доцент кафедры биологических наук ЛГУ Брет Элдерд исследует, как различные факторы влияют на передачу болезней у насекомых, особенно у чешуекрылых, отряда насекомых, в который входят бабочки и мотыльки. Вместе со своей лабораторной группой Элдерд изучает, как факторы, в том числе защитные химические вещества, вырабатываемые растениями, которые поедают насекомые, и изменения температуры могут ускорять или замедлять распространение болезней. Изучая эти и другие факторы, работа Элдерда может помочь другим исследователям создать экологически безопасные биоинсектициды для защиты сельскохозяйственных культур, таких как, например, соя. Но Ван Аллен, Элдерд и их коллеги обнаружили, что каннибализм может быть малоизученным фактором распространения болезней.
Элдерд недавно проводил полевые эксперименты с гусеницами осенней совки, или Spodoptera frugiperda, личиночной стадией развития осенней совки, чтобы имитировать и изучить распространение смертельного бакуловируса у этого чешуекрылого, когда он заметил нечто странное..
Эксперименты включали помещение отдельных растений в сетчатые мешки, выпуск больных личинок в мешки для заражения растения вирусом и отслеживание распространения болезни по мере того, как здоровые люди потребляют растение и, следовательно, вирус. В конце этих экспериментов, когда Элдерд и его лабораторная группа собирали здоровые личинки с растений и транспортировали их обратно в лабораторию для более тщательного изучения распространения болезни, они столкнулись с проблемой, которая поначалу казалась просто раздражающей. Элдерд и его коллеги возвращались с поля с мешками, полными недоеденных осенних совок.
«С осенними совками мы потеряли большую часть образцов, которые мы доставили обратно в лабораторию, потому что, когда личинки приближались друг к другу во время транспортировки, они начинали поедать друг друга», - сказал Элдерд.. «Я начал проклинать свою удачу за то, что провел эти исследования с этими чертовыми жуками, которые съедали друг друга».
Сначала Элдерд подумывал о том, чтобы перейти к другому виду насекомых, чтобы продолжить свои исследования. Но со временем он начал задаваться вопросом, служит ли каннибализм среди совок не просто помехой для его полевых экспериментов, а более важной цели.
«Каннибализм распространен в природе повсеместно», - сказал Элдерд. «Виды-каннибалы с готовностью поедают других представителей своего вида или сородичей. Но долгое время каннибализм рассматривался как отклонение от нормы, когда он происходил у любого вида. Это может быть связано с предвзятостью в том, как мы наблюдаем каннибализм в природе. плотность увеличивается, каннибализм и распространение болезней также могут увеличиться. Поскольку каннибализм может увеличиться в популяциях, затронутых вспышкой болезни, мы склонны связывать каннибализм в популяции с распространением болезни."
Вдохновленные исследованиями вспышек заболеваний у гусениц, Ван Аллен, Элдерд и их коллеги углубились в опубликованные работы по каннибализму и болезням и разработали теоретические модели взаимодействия между каннибализмом и болезнями в животном мире. Исследователи обнаружили, что, вопреки запретной природе, каннибализм может быть выгоден.
«Каннибал, который ест жертву, по сути, нашел «идеальную еду», - сказал Элдерд.«Если я каннибал, моя добыча имеет все необходимые мне белковые соотношения и микроэлементы, потому что это, по сути, я. Недостатком, однако, является то, что моя жертва также является идеальным хозяином для любого набора патогенов или паразитов, которые также Мне нравится полакомиться мной. Мысль здесь в том, что я не должен быть каннибалом, потому что у меня есть высокая вероятность заразиться определенной болезнью, если я питаюсь организмом моего собственного вида."
Это рискованное и часто невыгодное поведение пронизывало биологические исследования в течение многих лет с мыслью, что каннибализм может способствовать распространению болезней среди населения. Исследование, опубликованное на этой неделе в журнале Nature Ecology & Evolution, показывает, как некоторые растения производят защитные химические вещества, которые могут побудить питающихся ими насекомых стать более каннибалистами. Это исследование показывает, как каннибализм может иметь важные последствия и может стимулировать взаимодействие между видами, сказал Элдерд, но основным недостатком с точки зрения каннибализма по-прежнему является поедание, а не обязательно каннибал. Используя теоретические модели и примеры из животного мира, Элдерд и его исследовательская группа показывают в своей новой статье «Американский натуралист», что каннибализм не всегда невыгоден каннибалам. На самом деле каннибализм может уменьшить распространение болезней и предотвратить вспышки заболеваний у некоторых видов.
«Мы меняем парадигму в отношении каннибализма», - сказал Элдерд.
И это имеет смысл, если смотреть с точки зрения населения, подверженного вспышкам болезней.
«Болезнь действительно хочет размножаться», - сказал Элдерд. «Скажем, у меня грипп. Чтобы антропоморфизировать этот вирус, в идеале он хочет распространиться на более чем одного человека. В нашей статье мы исследуем идею о том, что если у меня есть болезнь и другой организм моего вида съедает меня, любой патоген или паразит, который у меня есть, распространяется только на одного другого человека. Вспышка потребует передачи этого патогена или паразита нескольким людям, а не только одному другому каннибалу."
Каннибализм сам по себе является плохим механизмом распространения болезней, считает автор исследования Бен Ван Аллен. Когда каннибал съедает здоровую особь, он убивает потенциального будущего носителя болезни, что тоже плохо для болезни. По словам Элдерда, когда каннибал съедает зараженного человека, всегда существует вероятность того, что он даже не заразится паразитом или не заразится болезнью своей жертвы, что делает каннибализм особенно опасным с точки зрения паразитов.
Есть шанс, что болезнь может практически исчезнуть в популяции из-за такого каннибализма один на один, если только жертвами не полакомится более одного человека, и даже в этом случае болезнь должна распространиться на более чем одного каннибала больше чаще, чем ни к чему не приводит», - сказал Элдерд. Волкер Рудольф, один из соавторов исследования американского натуралиста, первоначально предложил эту идею.
Когда отдельная гусеница заболевает этим вирусом, ее рост приостанавливается. Больные люди в конечном итоге становятся меньше и их легче потреблять здоровым людям или каннибализировать.
«В нашей статье мы показываем, что если эти гусеницы станут каннибалами и будут потреблять более мелких больных особей в популяции, передача этого вируса среди населения уменьшится», - сказал Элдерд..
В документе также противопоставляется сельскохозяйственная практика выбраковки скота людьми для удаления больных особей и предотвращения распространения болезней, например, в случае вспышек ящура среди скота, каннибализму. Оказывается, каннибализм может быть гораздо более эффективным средством исключения больных особей из популяции.
«Отбраковка обычно достигается путем удаления больных особей с постоянной скоростью», - сказал Элдерд. «Каннибализм, однако, увеличивается по мере увеличения численности популяции. Для вспышки болезни вам нужно иметь не только больных особей, но и большое количество потенциально восприимчивых особей, на которых может распространиться болезнь. Каннибализм может сбить популяцию ниже порогового значения. количество восприимчивых лиц, необходимое для возникновения и поддержания вспышки."
Элдерд описывает это исследование как математическое и теоретическое исследование каннибализма. Следующий шаг - проведение полевых экспериментов для эмпирической демонстрации этих идей.
«Мы не включили это в эту статью, но у нас есть эмпирические исследования, показывающие, что наши теории выдерживают критику», - сказал Элдерд.
Используя эксперименты с системой осенней совки, группа Элдерда обнаружила, что каннибализм снижает скорость распространения болезней. В других системах есть данные наблюдений, подтверждающие, что каннибализм препятствует распространению болезней.
«У некоторых видов матери съедают своих детенышей, чтобы отсеять больных и слабых, обеспечивая более высокую выживаемость здорового потомства», - сказал Элдерд. «Но не было большого количества эмпирических исследований, подтверждающих эти наблюдения».
Элдерд и его коллеги сделали первый шаг к эмпирическим доказательствам того, как именно каннибализм влияет на распространение болезней в популяциях насекомых. Хотя есть паразиты, которые могут косвенно извлекать выгоду из каннибализма, используя лазейки в жизненном цикле хозяина, работа Ван Аллена предполагает, что, по крайней мере, для некоторых популяций каннибализм может быть именно тем, что доктор прописал.