Область: микология, энтомология, биохимия

Источник: Christiaens et al., «Грибной ген аромата ATF1 усиливает распространение дрожжевых клеток через насекомых».

Любовный роман пчелы с цветком – обязательная программа любой передачи про животных, и не без повода: во взаимопомощи цветочных растений и крылатых насекомых, в этой дружбе, длящейся миллионы лет, потрясающе прослеживается изобретательная логика эволюции.

129-4839802

Однажды генетики из Лейденского университета в Бельгии зашли в лабораторию и обнаружили, что в их дрожжевые культуры попали плодовые мухи дрозофилы. Те сбежали из другой лаборатории, специализировавшейся на мухах. Но знаменитая история Александра Флеминга – первооткрывателя пенициллина на чудом подмеченной, уже выброшенной в ведро испорченной чашке Петри – требует сначала внимательно рассмотреть, и уж только потом выкидывать. Что ученые из группы Кевина Верстрепена и сделали. И не зря.

Мухи, влетев в дрожжевую лабораторию, набросились на культуру обычных дрожжей. И принялись, расталкивая друг друга, с аппетитом их поедать.

219-7377496

Мутант отличался от диких дрожжей отсутствием гена под названием ATF1. Этот ген кодирует фермент, превращающий спирты в их летучие производные. Например, ATF1 превращает этиловый спирт в этиловый ацетат. Зачем это нужно – никто не знает. Пользу такого превращения пытались объяснить биохимически – мол, этиловый ацетат полезен для мембран, его проще двигать между клетками, и так далее. Но никаких доказательств той или иной версии не было. И тут, глядя на слетевшихся мух, Верстрепен понял, что дрожжи играют в гораздо более сложную игру.

319-6171986

Этиловым ацетатом сильно пахнет, например, переспевшая груша. Похожие вещества встречаются и в других фруктах, и даже в цветах.

Не может ли в этом цветочно-фруктовом запахе быть хитрая грибная задумка? Дрожжам, как и всем остальным, нужно перебираться с место на место, если ресурсов вдруг стало мало. Еще двадцать лет назад было показано, что при усиливающемся кислородном голодании (при брожении винограда, например) у дрожжей усиливается активность родственных ATF1 ферментов, то есть чем дрожжам хуже, тем активнее они производят пахучие вещества.

Могут ли дрожжи в тяжелой ситуации изображать растения, чтобы привлечь мух и распространиться подобно пыльце?

419-6635084

Обычно гипотезы такого рода так и остаются гипотезами – ну как такое проверишь. Но лейденские генетики оказались хитры и изобретательны.

В первую очередь они отправились в ту лабораторию, откуда мухи сбежали, и потребовали выдать еще мух. Обычные лабораторные дрожжи они заменили дрожжами с коммерческого виноградника – у тех содержание пахучих веществ было многократно выше.

519-3832944

Первое: надо доказать, что мухи дрожжами действительно завлекаются.

Дрозофил запускают в четырехугольную арену с низким потолком – пара миллиметров. В разные углы вдувают воздух с разными запахами и выкачивают его из центра арены. Пока во все углы подают обычный воздух, мухи равномерно бегают из угла в угол. Стоит в один из углов запустить запах винных дрожжей – мухи набиваются в этот угол, как кильки в банку. Но если тем же дрожжам удалить ген ATF1 – мухи перестают на запах реагировать. Не обязательно даже возиться с дрожжами: достаточно дунуть в один из углов этиловым ацетатом или похожими веществами. Вывод: мухи завлекаются дрожжами, причем конкретно их цветочно-фруктовыми химикатами. Check.

Второе: надо доказать, что мухи завлекаются, потому что они узнают запах. А

не потому что, например, у них отключаются моторные отделы мозга, и они наваливаются без движения в одном углу.

617-4619628

Тем не менее, это в точности то, что сделали Эмре Якси с коллегами – видимо, та самая соседняя группа, откуда прилетели первые дрозофилы. Оказалось, что в ответ на запах винных дрожжей по сравнению с мутантом у мух резко менялось распределение зон активности в обонятельных отделах мозга. Вывод: мухи иначе воспринимают запах дрожжей, производящих цветочно-фруктовые химикаты. Check.

Третье: надо доказать, что дрожжам все это зачем-то нужно. В противном случае может оказаться, что дрожжи для мух – просто пища, которую они распознают по запаху. Никакого обмана, просто умный хищник и глупая вонючая жертва.

Берутся дикие винные дрожжи, и берутся мутанты с удаленным ATF1. Одним генетически внедряется белок-метка, светящийся желтым светом, другим – красным. И желтую, и красную культуру размазывают на небольших кружках, аккуратно помещенных в большую чашку Петри. В чашку запускают муху и оставляют на ночь погулять. Наутро, во-первых, у мухи все ноги в светящихся клетках. Во-вторых, если убрать исходные дрожжи и через пару дней соскрести с чашки все, что на ней наросло (то есть то, что муха на своих ногах разнесла по всей чашке), то в полученной дрожжевой каше желтое свечение будет в два раза сильнее красного. То есть винные клетки распространяются мухой в два раза лучше, чем мутант без запаха. Check.

716-6020312

Что все это означает? Мы веками считали, что растения и насекомые эволюционировали рука об руку, приспосабливая друг к другу внешний вид, химию и поведение. Но оказывается, что существенная часть этих взаимоотношений могут на самом деле определяться микроскопическими паразитами, обитающими на плодах и цветах.

Эти паразиты привлекают мух или других насекомых к зараженным растениям и тем самым распространяются в новые ниши. Особенно активно они это делают, когда им становится нечего есть. Тем самым они жертвуют частью своих собратьев, которых муха съедает. Зато выживает колония. Более того, некоторые дрожжи умудряются выжить, даже будучи съеденными, покрывая себя специальной защитной оболочкой.

Короче говоря, ученые наткнулись на новый тип симбиоза животных и грибов  внутри симбиоза животных и растений.

Само по себе это, конечно, концептуальная бомба для любого эволюционного биолога. Но есть и практический аспект.

816-6224103

Действительно, в своей работе бельгийские генетики специально использовали такие количества дрожжей, которые встречаются, например, в винограде. По мнению Верстрепена, руководителя дрожжевых экспериментов, пахучие дрожжи могут вообще объяснять все тончайшие вкусовые нюансы вин, которые традиционно принято списывать на уникальность почв Бордо или Напы. На самом деле, считает он, все дело в географическом распространении разных штаммов дрожжей.

Может оказаться, что вино – это не виноградный сок с дрожжами, а дрожжевой сок на винограде.