В ходе всеобъемлющего экологического исследования группа ученых из Института химической экологии им. Макса Планка в Йене изучила три различных вида рода Drosophila и их взаимодействие с природными пищевыми ресурсами, в частности с дрожжами, связанными с этими субстратами.. Они обнаружили, что уксусные мухи не обязательно предпочитают дрожжи, которые они знают из своей естественной среды, но их также привлекают дрожжи, найденные в чужой среде обитания. Иногда самки мух даже решались отложить яйца в присутствии неизвестных ранее дрожжевых сообществ, хотя их потомство имело меньше шансов выжить там. Подобные процессы в природе могут быть ключевым фактором, который приводит к заселению мухами новых местообитаний и, при условии, что там выживают и личинки, к образованию ниш и, в конечном счете, к эволюции новых видов.
Всем известна обыкновенная уксусная муха (Drosophila melanogaster), которую - часто не совсем корректно называемую «плодовой мухой» - в жаркое время года естественным образом можно обнаружить роями на фруктах, особенно когда бананы, яблоки, груши и другие плоды перезревают и начинаются процессы брожения. Это связано с тем, что мух привлекает в первую очередь запах дрожжей, участвующих в брожении, а не сами плоды. Этими дрожжами питаются не только мухи; микроорганизмы также обеспечивают первоклассный субстрат для размножения, на котором они откладывают яйца и на котором развиваются их личинки. Известно более 1500 различных видов рода Drosophila. Многие виды мух специализированы для определенных мест обитания; они питаются, например, исключительно определёнными фруктами и откладывают туда яйца.
Исследователи из Института химической экологии им. Макса Планка хотели узнать больше о роли дрожжей, которые растут на соответствующих хозяевах, в выборе хозяина мухами, а также о том, существует ли партнерство или взаимная зависимость между мухами и этими растениями. дрожжи развились в процессе коэволюции. «Мы задались вопросом: останутся ли виды мух верными своим дрожжам, или их также будут привлекать другие дрожжи, и повлияет ли это на репродуктивный успех их видов?» Сара Керте, первый автор и докторант отдела эволюционной нейроэтологии, резюмирует первоначальный вопрос.
Помимо Drosophila melanogaster, команда исследователей более внимательно изучила два других вида рода Drosophila, их субстраты-хозяева и связанные с ними дрожжи: Drosophila mojavensis, вид, впервые описанный в пустыне Мохаве на юго-западе USA, которая процветает на кактусах, особенно на некротизированной ткани кактуса, и Drosophila putrida, вид, обитающий на Среднем Западе США, который размножается исключительно на грибах.
Самки мух принимают решения с негативными последствиями для потомства
В поведенческих экспериментах ученые проверили предпочтения взрослых мух всех трех видов в отношении дрожжей, которые растут либо на фруктах (пекарские или пивные дрожжи Saccharomyces cerevisiae), либо на кактусах (Pichia cactophila), либо на грибах (Vanrija humicola) и, таким образом, являются частью естественно связанных микробных сообществ каждого из видов мух. Кроме того, наблюдалось влияние различных видов дрожжей на поведение самок мух, откладывающих яйца.
Удивительно, но мухи не обязательно предпочитали дрожжи из их привычной среды обитания, но их привлекали и другие дрожжи. Самки уксусной мухи Drosophila melanogaster предпочитали откладывать яйца на субстрат с дрожжами, обнаруженными на кактусах, в то время как самки мух-специалистов по грибам Drosophila putrida предпочитали дрожжи, специфичные для фруктов, для откладывания яиц. Настоящим сюрпризом стало то, что самки мух откладывали яйца в присутствии дрожжей, что даже отрицательно влияло на развитие их потомства, как показали опыты с личинками дрозофилы на разных расплодных субстратах: личинки видов дрозофил, специализирующихся на кактусах или грибы на самом деле лучше всего процветали на дрожжах, связанных с знакомой средой обитания, в то время как дрожжи из неизвестной среды, как правило, вызывали плохое развитие личинок и высокую смертность. В отличие от двух видов с ограниченным спектром хозяев, личинки Drosophila melanogaster одинаково хорошо развивались на всех протестированных дрожжах, так как этот вид является универсалом с более гибким образом жизни.
Дрожжи помогают мухам разлагать растительный или грибной субстрат. Мухи, с другой стороны, выделяют непереваренные дрожжи со своей мукой, и, как следствие, дрожжи могут распространяться дальше. Исследователи подозревали, что дрожжи могут в разной степени участвовать в разложении соответствующих субстратов. Анализы содержания сахара и скорости разложения показали, что мухи и дрожжи вместе ускоряли разложение. Однако не было никаких доказательств того, что взаимодействие определенного вида мух с ассоциированными с ними дрожжами было полезным.
Наши результаты показывают, что мухи с широким спектром хозяев также были более устойчивы к различным дрожжевым грибкам в источниках пищи и в местах откладки яиц. вылупившиеся личинки часто могли расти только на дрожжах, с которыми они столкнулись бы в природе», - сказал Маркус Кнаден, руководитель исследования. Однако, если личинки выживают на новом хозяине и дрожжах, специфичных для хозяина, это может позволить мухам адаптироваться к новым условиям, что может привести к эволюции новых видов.
«Эволюционный успех дрозофилы может быть связан со способностью быстро адаптироваться к новым местам обитания. Микробные сообщества, связанные с насекомыми, могут быть эволюционными ключами, открывающими новые двери и пути к завоеванию неизвестных сред и созданию новых экологических ниш, - говорит Сара Керте.