Тараканы озадачили энтомологов еще одной уникальной (даже для насекомых) способностью: вместо мочевой кислоты они выделяют аммиак. Проблему решили генетики. Они выяснили, что во всем виноваты бактерии, живущие в организме тараканов.
У обычных рыжих тараканов (Blatella germanica) есть одна физиологическая особенность, которая делает их непохожими на других насекомых. В качестве конечного продукта жизнедеятельности из организма тараканов выводится аммиак -- ядовитый газ с сильным едким запахом (с ним можно познакомиться, понюхав раствор аммиака в воде, известный как нашатырный спирт). Все остальные насекомые выделяют мочевую кислоту, потому что она выводится из организма с минимальным количеством жидкости, а иногда даже в твердом виде в форме кристаллов. А это очень выгодно в плане экономии воды.
Два профессора -- Ампаро Латорре (Amparo Latorre), Андрес Мойя (Andres Moya) и их коллеги из Университета Валенсии (Испания) выяснили, почему выделительная система тараканов работает столь необычным и, казалось бы, неэффективным способом. Ученые пришли к выводу: процесс определяют бактерии-эндосимбионты Blattabacterium (Bge), которые живут в жировом теле тараканов, влияют на весь цикл их азотного обмена, а кроме того, еще и экономят такой важный питательный элемент, как азот, для своих хозяев.
Вместе с тараканами 140 млн лет
О существовании бактерий, которые живут внутри представителей отряда тараканообразных, ученые узнали довольно давно -- в конце XIX века. Позднее выяснилось, что это бактерии Blattabacterium (Bge). Но как они взаимодействует со своими хозяевами и как влияют на их жизнедеятельность, до сих пор оставалось загадкой.
«Blattabacterium относится к классу Flavobacteria группы гамма-протеобактерий. Сейчас известно, что точно такие же бактерии поселяются в жировых телах как минимум трех видов тараканов: рыжего таракана (Blatella germanica), американского таракана (Periplaneta americana) и черного таракана (Blatta orientalis). Причем известно, что такой симбиоз впервые возник 140 млн лет назад», -- пишут авторы исследования.
Бактерии -- лучшие друзья насекомых
Вообще, что касается симбиоза насекомых и бактерий, то это далеко не редкость. В основном бактерии помогают насекомым усваивать пищу. Например, разные виды тли и муравьев -- большие привереды, и их пища, как правило, низкокалорийна. Бактерии активно вмешиваются в процесс метаболизма, помогая лучше усваивать питательные вещества. У насекомых, которые питаются полноценной пищей, бактерии выполняют совсем другую роль. Они активно вмешиваются в не менее важный процесс -- азотистый обмен -- процесс выведения соединений азота из организма. Вот тут-то рыжий таракан и выбивается из традиционной схемы выведения соединений азота у насекомых, выделяя аммиак, а не мочевую кислоту.
Почему аммиак?
Чтобы выяснить, почему у тараканов выделяется аммиак, профессор Латорре и его коллеги расшифровали геном и провели анализ ДНК бактерии Blattabacterium (Bge), образующей симбиоз с тараканом.
«Самое удивительное то, что геном бактерии-эндосимбионта Blattabacterium содержит полностью все гены, отвечающие за цикл азотистого обмена своего хозяина. На сегодняшний момент это единственный известный случай, когда бактерия-эндосимбионт полностью контролирует цикл азотистого обмена своего хозяина», -- говорят авторы работы.
Исследования ученых показали, как бактерии Bge вмешиваются в метаболизм азота и в процесс его выделения из организма тараканов. Оказалось, что они обеспечивают аминокислотами и коэнзимами не только себя, но и своих хозяев. Причем часть этих аминокислот и коэнзимов бактерии используют в качестве источника энергии для того, чтобы образовать аммиак и вывести его из организма таракана.
По словам авторы работы, это очень выгодное эволюционное решение. Ведь такое экономное использование важного питательного элемента -- азота дает множество преимуществ виду: он может занимать новые экологические ниши.
Более подробно об исследованиях испанских ученых можно прочитать в последнем номере журнала PLoS Genetics.
