Płazińce słodkowodne tworzą złożone społeczności z kastami żołnierzy

Ten gatunek płazińca słodkowodnego może służyć jako model do badania ewolucji organizacji społecznej.

Nowe odkrycia Instytutu Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego ujawniają, że mały pasożyt słodkowodny, znany z powodowania problemów zdrowotnych u ludzi, chroni swoje kolonie za pomocą wyjątkowej klasy żołnierzy niereprodukcyjnych.

Odkrycie opublikowane w czasopiśmie „ Postępowanie Narodowej Akademii Nauk i finansowane przez Narodowy Instytut Zdrowiaprzechowuje to gatunek pasożytniczych płazińców w szeregi złożonych społeczności zwierzęcych, takich jak mrówki, pszczoły i termity, które również mają odrębne klasy robotników i żołnierzy, którzy porzucili reprodukcję, aby służyć swojej kolonii.

Kiedy ten gatunek płazińca przedostanie się do człowieka, zwykle poprzez spożycie surowej lub niedogotowanej ryby, Haplorchis pumiliomoże powodować problemy żołądkowo-jelitowe, a w ciężkich przypadkach udar lub zawał serca. Całkowite ugotowanie ryb lub zamrożenie ryb przeznaczonych do spożycia na surowo przez co najmniej tydzień wystarczy, aby zabić przywry, zgodnie z wytycznymi Agencji ds. Żywności i Leków. Chociaż nie ma konkretnych statystyk dla Haplorchis pumiliozakażenia przywrami przenoszonymi przez żywność są co roku przyczyną utraty 2 milionów lat życia na całym świecie w wyniku niepełnosprawności i śmierci.

W przeciwieństwie do pszczół i termitów, kolonie tego gatunku płazińców nie znajdują się pod ziemią ani w dziupli, ale w ciele żywego ślimaka. Pasożyty nie zabijają ślimaka, lecz przez lata wysysają składniki odżywcze, wypompowując swobodnie pływające klony, które szukają ryb, kolejnego żywiciela płazińców w ich złożonym cyklu życiowym.

Unikalne implikacje siedliskowe i badawcze

„W porównaniu z pszczołami czy termitami w laboratorium można zmieścić znacznie więcej kolonii tych płazińców” – powiedział Ryan Hechinger, ekolog w firmie Scripps i główny autor badania. „Te płazińce mogą stać się nieocenionymi narzędziami do badania podstawowych pytań socjobiologii, takich jak: «Jak ewoluuje tego rodzaju organizacja społeczna?»”.

Chociaż niektóre inne gatunki z tej klasy pasożytniczych płazińców, zwane przywrami, również mają żołnierzy, żołnierze tego gatunku mogą nadal zawierać pewną nieaktywną tkankę rozrodczą, co sugeruje, że w pewnym momencie mogą zacząć się rozmnażać. To badanie stanowi pierwszy dowód na obecność żołnierzy przywr, którzy są tak fizycznie wyspecjalizowani w swoim zadaniu, że brakuje im tkanek rozrodczych i wygląda na to, że są trwale niezdolni do reprodukcji, powiedział Hechinger.

Haplorchis pumilio tworzy kolonie przypominające gniazda wewnątrz ślimaka słodkowodnego Melanoides tuberculata a następnie w trakcie swojego cyklu życiowego zaraża dwóch kolejnych żywicieli – zazwyczaj rybę, a na końcu ciepłokrwistego kręgowca. Zarówno przywr, jak i ślimak pochodzą z Afryki i południowej Azji, ale są współinwazyjne w obu Amerykach, w tym w Kalifornii, Teksasie i na Florydzie.

Faza cyklu życiowego tego przywr, kiedy tworzy on kolonię wewnątrz ślimaka, to faza, w której badacze zetknęli się z kastą żołnierzy. Żołnierze bronią kolonii przed intruzami – takimi jak inne pasożyty – używając dużej jamy ustnej, która wytwarza potężne ssanie, które może wyrywać dziury we wrogach i wysysać ich wnętrzności.

„Te robaki chcą chronić swój dom” – powiedział Dan Metz, główny autor artykułu i pracownik naukowy ze stopniem doktora na Uniwersytecie Nebraska-Lincoln, który przeprowadził te badania w czasie doktoratu w Scripps. „Kolejny pasożyt zarażający ślimaka to tak, jakby ktoś przyszedł do twojego domu i groził twojej rodzinie. Zrobisz, co w Twojej mocy, aby chronić swoją rodzinę, podobnie jak te robaki.

Metz natknął się na te robaki dość przypadkowo. Podczas spaceru po jeziorze Murray w San Diego w Kalifornii zauważył na brzegu nieznanego ślimaka i zabrał go z powrotem do laboratorium. Okazało się, że ślimak Melanoides tuberculata i został również zakażony przywrami Haplorchis pumilio.

Po bliższym przyjrzeniu się kolonii pasożytów Metz i Hechinger zauważyli, że wielu członków kolonii było o połowę krótszych i miało inne proporcje niż reszta. Okazało się, że tymi mniejszymi robakami byli żołnierze, którzy pomimo długości mniejszej niż pół milimetra (0,02 cala) mieli usta pięciokrotnie większe niż ich znacznie większe, zdolne do reprodukcji odpowiedniki.

„Ci żołnierze to tak naprawdę ruchome szczęki” – powiedział Metz. „Cała ich funkcja polega na gryzieniu rzeczy.”

Odkrycie niereprodukcyjnych kast żołnierzy

Poprzez eksperymenty i dokładne badania Metz i Hechinger odkryli wiele dowodów sugerujących, że ci żołnierze całkowicie różnią się od swoich zdolnych do reprodukcji krewnych z kolonii.

Po pierwsze, wszystkim żołnierzom brakowało narządów rozrodczych, a nawet najbardziej niedojrzałe robaki rozrodcze – w tym te nienarodzone, które pozostały w ciele rodzica – miały wykrywalne struktury rozrodcze. Po drugie, badacze nie natknęli się na żadne robaki, których proporcje ciała wydawały się wypełniać fizyczną lukę między żołnierzami a robakami rozrodczymi. Żołnierze dowolnej wielkości mieli stosunkowo masywne paszcze w porównaniu do ich całkowitego rozmiaru ciała, podczas gdy żaden robak rozrodczy nie osiągał proporcji skupiających się wokół ust. Po trzecie, naukowcy wykazali w badaniach eksperymentalnych, że żołnierze konsekwentnie atakowali inne pasożyty, podczas gdy robaki rozrodcze nie wykazywały prawie żadnego agresywnego zachowania.

Badanie wykazało również, że posiadanie oddanych żołnierzy ułatwia dominację ekologiczną tego gatunku przywr, przynajmniej w jego inwazyjnym zasięgu w południowej Kalifornii. Wśród inne gatunki liczby przywr, które również zaatakowały południową Kalifornię i zakażają tego samego ślimaka, badacze obliczyli, że gatunek produkujący żołnierzy był przyczyną około 94% wszystkich zgonów, które miały miejsce wśród różnych gatunków. Ta większa siła ognia w konflikcie przywr doprowadziła do tego, że liczebność innych gatunków przywr była znacznie niższa niż w innym przypadku.

„Żołnierze nie zarażają ludzi – są tylko w ślimakach” – powiedział Metz. „Innym etapem cyklu życiowego robaka jest infekcja stałocieplna kręgowcew tym ludzi, ale posiadanie żołnierzy sprawia, że ​​pasożyt ten skuteczniej zaraża ślimaki, co oznacza większe możliwości przenoszenia się na ludzi”.

Pasożyt ten rozprzestrzenia się po całym świecie, a zrozumienie jego biologii może być ważne dla zdrowia publicznego, a także dla zrozumienia ewolucyjnych korzeni złożonej organizacji społecznej. Może być również znacznie więcej gatunków przywr ze stałymi kastami żołnierzy.

„Naprawdę ledwo zaczęliśmy szukać” – powiedział Hechinger. „Na planecie może występować nawet 200 000 gatunków przywr, a my przyjrzeliśmy się tylko kilku z nich w kontekście organizacji społecznej. Jest o wiele więcej do odkrycia na temat sposobów, w jakie przywry tworzą złożone społeczeństwa z podziałem pracy.

Odniesienie: „Fizyczna kasta żołnierzy inwazyjnego płazińca zakażającego ludzi jest morfologicznie ekstremalna i obowiązkowo sterylna”, Daniel CG Metz i Ryan F. Hechinger, 23 lipca 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2400953121

Badanie zostało sfinansowane przez Narodowy Instytut Zdrowia.