Многие фенотипические признаки насекомых определяются не генами самого насекомого, а генами живущих в нём симбиотических микроорганизмов. Это заставляет рассматривать насекомых (и многих других животных) как симбиотические «сверхорганизмы». Как выяснилось, у гороховой тли от симбионтов зависит не только способность синтезировать многие необходимые для жизни вещества, приспосабливаться к колебаниям температуры и защищаться от паразитических наездников (что было известно ранее), но и окраска тела.

Новооткрытый симбионт тлей, бактерия из рода Rickettsiella, придает зеленую окраску насекомым, которые без этой бактерии были бы красными.

Как и многие другие растительноядные насекомые, гороховая тля Acyrthosiphon pisum буквально нашпигована разнообразными бактериальными симбионтами. Облигатный (обязательный) симбионт тлей, бактерия Buchnera, синтезирует для хозяина питательные вещества, отсутствующие в его пище — растительном соке, а также определяет способность насекомого приспосабливаться к колебаниям температуры. Еще одна бактерия, Hamiltonella, в содружестве с симбиотическим вирусом APSE защищает тлю от наездников. Аналогичные услуги может оказывать тлям и бактерия Serratia.

Рис. 1. Тля, красная от рождения, становится с возрастом зеленой, если в ней живет симбиотическая бактерия Rickettsiella. Другой симбионт, Hamiltonella, не влияет на окраску насекомого. Изображение из обсуждаемой статьи в Science.

Новое исследование японских и французских биологов добавило к этому списку еще одну симбиотическую внутриклеточную бактерию, которая до сих пор оставалась незамеченной. Новооткрытый симбионт влияет на окраску насекомых: он заставляет тлей, красных от рождения, зеленеть с возрастом.

В природе встречаются как зеленые, так и красные гороховые тли. Окраска для тлей — не простое украшение, от нее во многом зависит судьба насекомого. Божьи коровки преимущественно охотятся на красных тлей, а наездники чаще нападают на зеленых. Вероятно, совместное влияние этих двух главных врагов тлей приводит к тому, что в популяциях жертв поддерживается полиморфизм (разнообразие) по окраске. Было известно, что окраска определяется генетически, причем красный цвет доминирует над зеленым. Кроме того, недавно выяснилось, что гены, необходимые для синтеза красных пигментов (каротиноидов) тли когда-то позаимствовали у грибов.

Изучая природные популяции тлей, обитающих во Франции, ученые заметили, что из яиц, отложенных некоторыми зелеными особями, вылупляются красные нимфы. По мере роста такие насекомые постепенно зеленеют.

Авторы изучили симбиотическую микробиоту необычных насекомых и обнаружили неизвестную ранее гаммапротеобактерию из рода Ricketsiella. К этому роду относятся патогенные бактерии, вызывающие болезни у некоторых насекомых. Близкие родственники риккетсиеллы — бактерии Legionella и Coxiella, вызывающие опасные болезни у человека.

Авторы решили проверить, не связана ли странная, меняющаяся с возрастом окраска тлей с бактериальными симбионтами. Для начала они аккуратно «вылечили» тлей антибиотиками от гамильтонелл и серраций, не причинив вреда бухнерам и риккетсиеллам. Это не повлияло на окраску насекомых.

Следующий эксперимент состоял в том, что тлям из разных природных популяций, зараженным только бухнерой, впрыскивали гемолимфу «зеленеющих» тлей. После этой процедуры часть потомства тлей оказывалась заражена риккетсиеллой. Незараженные особи сохранили свою природную окраску, тогда как все зараженные красные тли с возрастом позеленели. Если тля была зеленой от рождения, риккетсиелла не влияла на ее окраску. У позеленевших тлей удалось обнаружить положительную корреляцию между интенсивностью зеленой окраски и количеством риккетсиелл в организме. Таким образом, зеленая окраска по крайней мере у некоторых тлей определяется не ее собственными генами, а наличием симбиотической бактерии Rickettsiella.

Более тщательный анализ тлей из европейских популяций показал, что около 8% насекомых заражены риккетсиеллой. Часто встречаются зеленые тли без риккетсиеллы (у этих насекомых зеленый цвет определяется их собственными генами); кроме того, были обнаружены красные тли, зараженные риккетсиеллой, но не зеленеющие с возрастом. По-видимому, окраска зараженных тлей в конечном счете зависит от комбинации генотипов хозяина и симбионта: некоторые генотипы тлей могут «сопротивляться» влиянию бактерии, а некоторые генотипы риккетсиелл не способны заставить насекомое позеленеть.

Окраска тлей определяется двумя группами пигментов: красными каротиноидами (гены для их синтеза тли позаимствовали у грибов) и зелеными полициклическими хинонами. Оказалось, что риккетсиелла не влияет на количество производимых тлей каротиноидов, но заметно увеличивает количество полициклических хинонов. По-видимому, этим объясняется блеклый оттенок насекомых, позеленевших под влиянием риккетсиеллы. Он заметно отличается от ярко-зеленой окраски тлей, не имеющих каротиноидов и потому зеленых от рождения. В первом случае имеет место смешение красных пигментов с зелеными, во втором красные пигменты изначально отсутствуют.

Рис. 2. Эмбрион тли (его клетки окрашены синим) содержит крупные специализированные клетки — бактериоциты, в которых живут симбиотические бактерии Buchnera (зеленые). Один из бактериоцитов населен риккетсиеллами (красные). Справа — бактериоцит с риккетсиеллами при большем увеличении. Фото из обсуждаемой статьи в Science.

Дальнейшие исследования покажут, какую роль в жизни тлей играют изменения окраски под воздействием бактерий. Не исключено, что риккетсиелла помогает тлям защищаться от божьих коровок, которые, как мы помним, чаще нападают на красных тлей, чем на зеленых. Однако зеленые тли чаще становятся жертвами наездников. Может быть, не случаен тот факт, что среди тлей, зараженных риккетсиеллой, с повышенной частотой встречаются особи, зараженные также гамильтонеллой или серрацией. Обе эти бактерии защищают тлю от наездников.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Tsutomu Tsuchida, Ryuichi Koga, Mitsuyo Horikawa, Tetsuto Tsunoda, Takashi Maoka, Shogo Matsumoto, Jean-Christophe Simon, Takema Fukatsu Symbiotic Bacterium Modifies Aphid Body Color – Science. – 2010. – V.330. – P. 1102–1104.