Муравьи грибы тип отношений

Грибы и насекомые

Какие связи существуют между грибами и насекомыми?

Экологические взаимосвязи между представителями различных систематических групп весьма разнообразны, и, как правило, между представителями любых царств и типов живых организмов можно обнаружить примеры и паразитизма, и хищничества, и комменсализма, и мутуализма. Не составляют исключения и экологические связи между грибами и насекомыми.
Прежде всего, грибы служат пищей многим насекомым. Всем известны грибные комары, чьи личинки, к сожалению, часто приводят в негодность съедобные для человека грибы. Основной пищей плодовых мушек-дрозофил служат дрожжи, развивающиеся на гнилых плодах. В то же время имеется множество грибов, паразитирующих на насекомых.
Есть примеры и мутуалистических взаимоотношений между грибами и насекомыми. Так, например, муравьи-листорезы, а также некоторые термиты специально выращивают грибы в своих гнездах, снабжая их субстратом для развития (муравьи — пережеванными листьями, термиты — экскрементами, состоящими из полупереваренной древесины), и оберегают эти плантации от вторжения сорных грибов. Грибы служат пищей и взрослым насекомым, и их личинкам.
Личинки многих усачей могут развеваться только в древесине, богатой гифами грибов-древоразрушителей. Поскольку эти личинки питаются не столько самими гифами, сколько полуразрушенной грибом древесиной, эту взаимосвязь можно назвать комменсализмом. А вот у некоторых короедов, личинки которых также развиваются в стволах деревьев, связь с грибами стала взаимовыгодной: взрослые насекомые переносят споры грибов в специальных кармашках и заражают ими дерево, в которое откладывают яйца, способствуя таким образом распространению грибов.

Источник

Муравьи-фермеры выращивают один вид грибов миллионы лет, пишут ученые

МОСКВА, 15 мая — РИА Новости. Большинство видов муравьев-фермеров предпочитают долговременные отношения со своими симбионтами — они избрали любимые сорта грибов еще миллионы лет назад и не отказываются от них в пользу других видов за века эволюции, заявляют американские биологи в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

На сегодняшний день существует около 235 видов муравьев, питающихся грибами, которые они выращивают на своих грибных фермах. Как правило, жизнь этих насекомых всецело зависит от состояния их ферм, так как они давно потеряли способности к добыче пищи иным путем. Поэтому при формировании новой колонии королева переносит гриб в новый дворец и помогает своему симбионту распространяться и размножаться.

Группа биологов под руководством Теда Шульца (Ted Schultz) из Национального музея естественной истории в Вашингтоне (США) сопоставила историю эволюции муравьев-грибоводов из рода Cyphomyrmex и грибов, которыми они питаются, изучив геномы насекомых и грибов и сравнив темпы их эволюции.

Для этого ученые посетили различные уголки тропической Америки и собрали несколько видов муравьев и споры выращиваемых ими грибов. В частности, исследователям удалось получить образцы из Коста-Рики, Панамы, Эквадора и других стран Нового Света.

Затем Шульц и его коллеги расшифровали и сопоставили ДНК трех видов муравьев — Cyphomyrmex wheeleri и их ближайших родственников Cyphomyrmex longiscapus и Cyphomyrmex muelleri.

По словам ученых, эти виды муравьев культивируют два различных сорта грибов из рода Leucocoprineae, известных под условными названиями «клада 1» и «клада 2». Как правило, муравьи избегают контакта с грибами, которые выращивают другие группы.

Анализ геномов грибов показал, что каждый вид муравьев питается одним и тем же сортом, несмотря на большое расстояние между их популяциями, проживающими в разных странах и регионах.

Сравнение ДНК муравьев помогло ученым вычислить примерный возраст разных видов и подвидов насекомых-фермеров. Оказалось, что большинство видов муравьев-грибоводов отделилось от общего предка с родственными ими видами достаточно давно — 5-8 миллионов лет назад. Это означает, что муравьи одного вида в разных странах сохраняют одинаковые сельскохозяйственные предпочтения миллионы лет.

Результаты также подтверждают гипотезу коэволюции муравьев с их симбионтами-грибами — появление новых приспособлений к изменившимся условиям среды у муравьев вызывает ответные изменения у грибов-симбионтов и наоборот.

Источник

Удивительный симбиоз: грибы-паразиты и муравьи-зомби

Наверное, в мире не существует человека, который ни разу в своей жизни не смотрел фильмы о зомби — мертвых существах, которые совершенно по разным причинам ожили и начали охотиться на живых созданий. Некоторым людям в это трудно поверить, что ожившие мертвецы реально существуют и представляют собой муравьев, зараженных паразитирующим грибком под названием кордицепс. Ранее ученые были уверены, что опасный грибок управляет телами насекомых проникая в их мозг, но все оказалось гораздо проще — он контролирует только мышцы.

Американские биологи узнали об этом, изучив поведение паразитирующего грибка вида Ophiocordyceps. В ходе наблюдений они выяснили, что оказавшись на теле муравья, споры грибка пробивают его твердую оболочку и проникают внутрь насекомого, полного липким веществом. В нем располагаются так называемые гифальные трубки, которые пронизывают все тело муравья и даже мышцы. Захватив контроль над мышцами, грибок может управлять движениями насекомого.

Грибок превращает насекомых в зомби

Используя микроскоп, ученые заметили, что грибок полностью уничтожает сарколемму — поверхность мышечных волокон. При этом места соединения мышц с мозгом остаются целыми и невредимыми, и это говорит о том, что паразит каким-то образом все же взаимодействует с мозговыми импульсами. Как именно это происходит, ученым пока не ясно, но зато они теперь точно знают, что превращение муравья в зомби происходит без непосредственного проникновения грибка в мозг.

Муравьиные мышцы, захваченные грибком-паразитом

Захватив контроль над телом муравья, грибок кордицепс заставляет его подняться на самую высокую ветку. После достижения вершины происходит нечто еще более удивительное — повинуясь командам грибка, муравей кусает ветку с такой силой, что его голова разрывается на части. Насекомое, разумеется, окончательно умирает, но споры паразитирующего гриба, накопившиеся в его голове, падают с высокой ветки вниз и заражают находящихся ниже муравьев.

То, что грибок превращает насекомых в зомби не воздействуя напрямую на мозг, а в первую очередь захватывая мышцы — большое научное открытие. Несмотря на это, паразитирующие грибы все равно остаются крайне загадочным царством живой природы с чертами как растений, так и животных. Например, ученым до сих пор не ясно, почему внутри зараженных насекомых образуются маленькие пузырьки. Некоторые эксперты считают, что эти крохотные частички выделяют вещества, необходимые для управления чужими телами. Возможно, оно так и есть, но этот вопрос важно изучить подробнее.

Грибы-паразиты в России

Как бы неожиданно это не звучало, паразитирующие грибы существуют и в России. Их наверняка видел каждый — в лесу, на коре некоторых деревьев можно заметить довольно большие наросты. Ими являются грибы трутовики, которые хоть и не заражают людей и животных для последующего контролирования их тел, но все же являются паразитами.

Гриб трутовик

Споры этого грибка проникают внутрь дерева сквозь расщелины и распространяются по всей древесине, разрушая ее. Зараженные трутовиками деревья легко ломаются и, соответственно, живут не так долго, как могли бы.

Как появляются пауки-зомби?

В ходячих мертвецов могут превратиться не только насекомые, но и членистоногие пауки. Известно, что они превращаются в зомби после нападения особого вида ос, которые откладывают на их спинах яйца. Вылупившиеся личинки впрыскивают в тела пауков вещество, которое заставляет их производить особенно прочный вид паутины, из которого плетется безопасный кокон для спокойного развития осиных личинок.

Источник

Гриб-манипулятор строит внутри муравья-зомби трехмерную сеть

Рис. 1. Графическая реконструкция мышечного волокна муравья, оплетенного трехмерной сетью паразитического гриба Ophiocordyceps unilateralis. Желтым цветом обозначены гифальные тельца и соединяющие их гифы. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

Американские биологи выяснили, что паразитический гриб кордицепс однобокий, превращающий муравьев-древоточцев в послушных зомби, образует внутри их тела трехмерную сеть. Эта сеть оплетает все внутренние органы муравья, включая отдельные мышечные волокна, однако не заходит в мозг. Получается, для сложного манипулирования поведением хозяина паразиту совершенно не обязательно проникать в его центральную нервную систему.

Энтомопатогенный гриб-аскомицет кордицепс однобокий (Ophiocordyceps unilateralis), который развивается в муравьях-древоточцах (Camponotus), служит ярким примером примитивного паразита, подчиняющего своим нуждам высокоорганизованное существо. Спустя 2–3 недели после попадания в организм муравья гриб заставляет его покинуть гнездо, вцепиться челюстями в жилку на нижней стороне какого-нибудь листка и затем умереть в такой позе (рис. 2). При этом муравей-зомби по наущению гриба выбирает строго определенное место для своей смерти: на северной стороне растения на высоте 20–30 см над землей. Именно там влажность и температура оптимальны для развития спор в плодовом теле, которое вырастает из головы умершего насекомого (см. S. Andersen et al., 2009. The life of a dead ant: the expression of an adaptive extended phenotype).

Рис. 2. Мертвый муравей-древоточец, из головы которого выросло плодовое тело O. unilateralis. Фото с сайта nsf.gov

До сих пор остается загадкой, как грибу удается взять муравья под свой контроль. Чтобы пролить свет на эту проблему, группа американских ученых из Университета штата Пенсильвания (Юниверсити-Парк) и Университета Нотр-Дам (Саут-Бенд, Индиана) решила в деталях выяснить, что же происходит внутри зараженного насекомого. Исследователи сделали несколько тысяч срезов тканей, извлеченных из разных отделов тела муравья и замороженных в жидком азоте. Шаг между срезами составлял всего 50–100 нм, каждый срез был сфотографирован под сканирующим электронным микроскопом. Используя технологию машинного обучения (она применяется, например, в системах автоматического распознавания лиц), ученые создали алгоритм, который самостоятельно отличал грибные клетки от клеток муравья и подсчитывал их. «Склеивая» срезы с помощью компьютерной программы, ученые реконструировали трехмерную картину происходящего.

Аналогичным образом были изучены и муравьи-древоточцы, зараженные грибом боверия бассиана (Beauveria bassiana). Этот гриб относится к тому же порядку гипокрейных, что и гриб-манипулятор O. unilateralis, но, в отличие от него, не видоизменяет поведение хозяина специальным образом. На примере боверии ученые попытались понять, как ведет себя в муравье обычный энтомопатогенный гриб, чтобы при работе с O. unilateralis не спутать общие синдромы грибного заражения с эффектами, связанными с манипуляторным воздействием.

Выяснилось, что клетки и того и другого гриба присутствуют в мышцах головы и конечностей муравья (рис. 3), а также в груди и брюшке. Единственное отличие состоит в их концентрации — клетки гриба-манипулятора O. unilateralis в среднем занимают 10% объема всей мышечной ткани, тогда как для B. bassiana этот показатель составляет всего 2%. Но в обоих случаях гриб вызывает мышечную атрофию — у зараженного муравья формируются зазоры между мышечными волокнами. В ряде случаев грибные гифы прорастают сквозь мембрану прямо внутрь мышечного волокна.

Рис. 3. Приводящая мышца челюстей (A) и мускулатура конечностей (D) здорового муравья-древоточца. Аналогичные мышцы муравья, пораженного грибом B. bassiana (B, E) и грибом O. unilateralis (C, F). Бросаются в глаза промежутки между мышечными волокнами инфицированных муравьев, а также более высокая концентрация клеток O. unilateralis по сравнению с B. bassiana. Длина масштабного отрезка — 50 мкм. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS

Ранее ученые предполагали, что гриб O. unilateralis специально провоцирует атрофию челюстных мышц муравья, чтобы тот не мог разжать свою смертельную хватку и умер от истощения (см. D. P. Hughes et al., 2011. Behavioral mechanisms and morphological symptoms of zombie ants dying from fungal infection). Но теперь ясно, что такая атрофия является лишь побочным эффектом жизнедеятельности паразита. Мышцы насекомого представляют особую ценность для любого паразитического гриба как источник энергии — вспомним, как много в них располагается митохондрий. Поэтому неудивительно, что клетки O. unilateralis в большом количестве сосредоточены именно в челюстных мышцах муравья, которые являются самыми массивными в его организме (рис. 4).

Рис. 4. Мышцы муравья-древоточца, зараженные грибом O. unilateralis. A — гифальные тельца (HB) и связывающие их гифы (треугольники) между мышечными волокнами (М) в челюсти муравья. Длина масштабного отрезка — 50 мкм. B — цитоплазматические мостики (стрелки), соединяющие соседние гифальные тельца. Длина масштабного отрезка — 10 мкм. С — гифы (стрелки), вросшие внутрь мышечных клеток. Длина масштабного отрезка — 1 мкм. D — диаметры кружков показывают относительную долю гифальных телец, связанных друг с другом одним или несколькими гифами. Красным цветом показаны гифальные тельца, расположенные в мышцах головы муравья, синим — в мышцах конечности. Цифры по оси ординат означают номера изученных муравьев, звездочками отмечены зараженные муравьи, собранные мертвыми. E — диаметр черных кружков обозначает относительное число мышечных волокон муравья, в которые вросли один или несколько грибных гиф. Рисунок из обсуждаемой статьи в PNAS

Несмотря на общее сходство в расположении грибных клеток, гриб-манипулятор O. unilateralis, в отличие от B. bassiana, выстраивает из них трехмерную сеть. Примерно 59% всех гифальных телец этого гриба соединены нитями-гифами по крайне мере с одним из своих соседей. В результате гифальные тельца (внешне они похожи на дрожжевые клетки и размножаются почкованием) могут координировать свою активность, обмениваться питательными веществами и синхронно выделять в окружающие ткани особые соединения. Не в этом ли согласованном поведении грибных клеток и кроется секрет его манипулятивного воздействия?

Получается, гриб устроен не так уж и просто: он выстраивает в дополнение к нервной системе хозяина параллельную клеточную сеть, которая на химическом уровне контролирует каждый уголок его организма. Пока нельзя сказать, за счет каких именно веществ это происходит. Известно, что среди соединений, секретируемых грибом O. unilateralis, имеются спирт сфингозин и гуанидиномасляная кислота, которая вызывает у млекопитающих припадки и конвульсии (см. C. de Bekker et al., 2014. Species-specific ant brain manipulation by a specialized fungal parasite). Впрочем, муравьи, которым искусственно вводились данные вещества, не демонстрировали отклонений в поведении — так что наверняка зомбирующий грибной «коктейль» не исчерпывается этими двумя ингредиентами.

Интересно, что гриб-манипулятор работает настолько изощренно, что ему не приходится внедряться в центральную нервную систему своей жертвы. Во всяком случае, несмотря на то, что головная капсула муравья буквально набита гифальными тельцами, ученые обнаружили, что в сам мозг гриб не проникает. Другие паразиты действуют более «топорно». Например, один из видов печеночных сосальщиков — Dicrocoelium hospes — внедряется в антеннальные доли головного мозга муравьев, а другой вид — ланцетовидная двуустка (Dicrocoelium dendriticum) — проникает в подглоточный ганглий их брюшной нервной цепочки, где находятся нейроны, управляющие движениями челюстей. Благодаря этому черви заставляют муравьев забираться вверх по травинкам и вцепляться в них, дожидаясь пасущегося рогатого скота — окончательного хозяина паразита (см. T. Romig et al., 1980. Cerebral larvae in the second intermediate host of Dicrocoelium dendriticum (Rudolphi, 1819) and Dicrocoelium hospes looss, 1907 (Trematodes, Dicrocoeliidae).

Фактически, гриб O. unilateralis изменяет поведение муравьев схожим образом, но находясь на периферии их тела. В этом отношении кордицепс однобокий отличается и от самого знаменитого паразита-манипулятора — токсоплазмы. Под действием этих простейших грызуны перестают бояться кошек и, более того, начинают испытывать сексуальное возбуждение от запаха их мочи (см. P. K. House et al., 2011. Predator сat odors activate sexual arousal pathways in brains of Toxoplasma gondii infected rats). В итоге резко увеличивается вероятность встречи таких грызунов с кошкой — окончательным хозяином токсоплазмы. Но, опять же, токсоплазма воздействует на поведение грызуна, внедряясь в гиппокамп и миндалевидные тела в его мозгу (см. J. Gatkowska et al., 2012. Behavioral changes in mice caused by Toxoplasma gondii invasion of brain). А грибу O. unilateralis удается контролировать работу нервной системы хозяина дистанционно.

Источник: Maridel A. Fredericksen, Yizhe Zhang, Missy L. Hazen, Raquel G. Loreto, Colleen A. Mangold, Danny Z. Chen, David P. Hughes. Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants // PNAS. 2017. DOI: 10.1073/pnas.1711673114.

Источник

Муравьи грибы тип отношений

Отряд: Hymenoptera Linnaeus, 1758 = Перепончатокрылые

Семейство: Formicidae = Муравьи настоящие

МУРАВЬИ: типы взаимоотношений