Zrozumienie roli symbiontów bakteryjnych w społecznościach mrówek
W kwestii trawienia pożywienia i utrzymania dobrego stanu zdrowia większość gatunków zwierząt polega na symbiontach bakteryjnych. Dotyczy to szczególnie społeczności zajmujących się uprawą, które produkują żywność na własne potrzeby, tak jak większość ludzi i niektóre gatunki mrówek. W istocie możemy dowiedzieć się wiele o bakteriach żyjących w symbiozie z człowiekiem dzięki badaniom nad mrówkami grzybiarkami. Podobnie jak ludzie, mrówki grzybiarki tworzą duże i złożone społeczności, których przetrwanie zależy od udziału szeregu różnych symbiontów bakteryjnych. Aby lepiej poznać wpływ tej zależności na ewolucję społeczną mrówek, uczeni biorący udział w finansowanej ze środków UE inicjatywie AMIABLE przeprowadzili wyjątkowe badanie interdyscyplinarne, którego przedmiotem była symbioza z mikroorganizmami. „Skupiliśmy się na trzech odkrytych przez nas w ostatnim czasie rodzajach bakterii jelitowych, które powszechnie występują w organizmie mrówek grzybiarek” – wyjaśnia koordynator projektu, profesor Jacobus Jan Boomsma. „Ich oddziaływanie zdaje się mieć w sensie pokarmowym charakter mutualistyczny będący częścią złożonej symbiozy, która jest jednym z najbardziej szczegółowo przebadanych modelowych systemów ewolucji społecznej”. Sięgając głębiej Prace prowadzone w ramach projektu AMBIABLE opierały się na osiągnięciach wcześniejszych badań Centrum Ewolucji Społecznej (Centre for Social Evolution, CSE) Uniwersytetu Kopenhaskiego, które rzuciły nowe światło na skład bakteryjnych społeczności symbiotycznych w jelitach mrówek grzybiarek z plemienia Attini. Badania te udowodniły, że w społecznościach mikroorganizmów występujących w jelitach najwyżej rozwiniętej linii mrówek grzybiarek, mrówek tnących liście, dominuje zaledwie kilka rodzajów bakterii o dużej liczebności. Naukowcy biorący udział w projekcie AMIABLE poszli o krok dalej, wykorzystując transmisyjny mikroskop elektronowy, aby wykazać, że każda z tych bakterii symbiotycznych posiada budowę przystosowaną do życia w organizmie mrówki, zarówno w aspekcie wewnątrz-, jak i zewnątrzkomórkowym, a także mieszanym. Do jednego z najciekawszych odkryć doprowadziła jednak analiza dynamicznych zmian w obrębie liczby bakterii jelitowych w stadium larwalnym i w fazie przepoczwarczania się żywiciela. „Na podstawie tej analizy dokonaliśmy rekonstrukcji dróg przenoszenia symbiontów bakteryjnych z jaja do postaci dojrzałej u mrówek tnących liście z rodzaju Acromyrmex i Atta” – mówi Boomsma. Badacze dowiedli, że całkowita gęstość bakterii utrzymuje się na podobnym poziomie we wszystkich stadiach rozwoju mrówek z rodziny Acromyrmex. Jednak larwy i poczwarki mrówek Atta cechują się niewielką liczbą bakterii, które w organizmie dorosłych robotnic często występują bardzo licznie. Odkrycie to sugeruje, że populacja jelitowych symbiontów bakteryjnych u mrówek z rodzaju Atta nie jest w sposób aktywny utrzymywana przed osiągnięciem przez gospodarza dojrzałości. „Wyniki te pokazują, że drogi przenoszenia symbiontów bakteryjnych mogą znacznie różnić się nie tylko pomiędzy poszczególnymi stadiami rozwoju, lecz także pomiędzy siostrzanymi rodzajami mrówek” – tłumaczy Boomsma. „Rezultaty inicjatywy AMIABLE dowodzą, że identyfikacja mechanizmów nabywania i utraty bakterii jest niezbędna do pełnego zrozumienia funkcji bakteryjnych symbiontów jelitowych o domniemanym charakterze mutualistycznym”. Liczne korzyści Profesor Boomsma sądzi, że prace badawcze przeprowadzone w ramach projektu AMIABLE mogą pomóc Europie zrealizować założone cele zarówno w zakresie ochrony środowiska naturalnego, jak i bezpieczeństwa żywności dzięki ograniczeniu stosowania szkodliwych pestycydów. „Ponieważ wiele gatunków stawonogów uważanych za szkodniki i wektory chorób występujących u zwierząt i ludzi współżyje z bakteriami, zgłębianie wiedzy na temat interakcji pomiędzy organizmami symbiotycznymi a ich żywicielami ułatwi w przyszłości opracowanie i stosowanie środków owadobójczych przyjaznych dla środowiska” – zauważa. Mrówki tnące liście należą do najpoważniejszych szkodników sektora rolniczego w neotropikalnej Ameryce. Przykładowo, w Ameryce Łacińskiej odpowiadają za sięgające wielu milionów euro straty w uprawach kawy, kakao i trzciny cukrowej, co w bezpośredni sposób dotyka europejskich konsumentów. „Możliwość zahamowania rozwoju symbiontów bakteryjnych może doprowadzić do powstania zupełnie nowych, ekologicznych metod walki ze wspomnianymi mrówkami, zapewniając tym samym korzyści gospodarcze zarówno producentom, jak i konsumentom na całym świecie” – podsumowuje Boomsma.
Słowa kluczowe
AMIABLE, symbionty bakteryjne, symbioza z mikroorganizmami, transmisyjny mikroskop elektronowy, rolnictwo
