Еловая кора считается мощной химической защитой, но в этой истории она неожиданно начинает работать против самого дерева. Короеды не только выдерживают воздействие токсичных соединений, но и превращают их в инструмент собственной защиты. При этом у грибов, поражающих насекомых, обнаружился эффективный способ обойти эту оборону. Об этом сообщает журнал Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Внутренняя кора ели — флоэма — богата фенольными соединениями, которые подавляют рост грибков и служат естественным барьером для патогенов. Именно через этот слой короеды прокладывают свои ходы, создавая среду для развития личинок. Подобные химические барьеры — лишь один из множества способов защиты, которые формировались в ходе эволюции, наряду с такими стратегиями, как маскировка и мимикрия, повышающими выживаемость животных.
Учёные из Института химической экологии Общества Макса Планка в Йене решили выяснить, остаются ли фенольные соединения пассивной защитой или играют более сложную роль. Анализ с применением масс-спектрометрии и ядерного магнитного резонанса показал, что после попадания в организм жука эти вещества меняются. Короеды не просто переносят их, а активно перерабатывают, усиливая их действие против микроорганизмов.
В организме насекомых фенольные гликозиды теряют сахарные группы и превращаются в агликоны. Эти формы обладают более выраженным антимикробным эффектом и помогают жукам подавлять патогенные грибы в своих ходах. По сути, защитная химия дерева становится частью иммунной системы самого вредителя.
"Мы не ожидали, что жуки смогут целенаправленно преобразовывать защитные вещества ели в более токсичные производные", — сказал ведущий автор исследования Руо Сан.
Такая стратегия позволяет короедам выживать в агрессивной среде и снижать давление со стороны грибков, которые обычно ограничивают численность насекомых.
Эволюционное противостояние на этом не заканчивается. Исследователи обратили внимание на гриб Beauveria bassiana — энтомопатоген, давно применяемый в биоконтроле. Ранее он считался малоэффективным против короедов, однако в природе были обнаружены штаммы, успешно заражающие этих насекомых.
"Хотя в прошлом этот грибок не был эффективным средством борьбы с короедами, мы обнаружили штаммы, которые естественным образом заражали и убивали их", — пояснил Сан.
Выяснилось, что гриб использует двухэтапный механизм детоксикации. Сначала он вновь присоединяет сахар к токсичным агликонам, а затем добавляет метильную группу. В результате образуется соединение, лишённое антимикробных свойств и устойчивое к ферментам жука.
Жуки, питавшиеся тканями ели с высоким содержанием фенолов, после такой переработки оказывались более уязвимыми для заражения. Эксперименты с мутантными штаммами B. bassiana, лишёнными способности к метилгликозилированию, подтвердили, что этот механизм критически важен для успеха гриба.
Так формируется трёхсторонняя гонка: ель защищается фенолами, жук усиливает их действие, а гриб учится нейтрализовать получившееся оружие. Подобные взаимодействия показывают, насколько важную роль играют отдельные участники в сложных природных связях, где даже вредители могут влиять на устойчивость лесных экосистем, как это происходит и с ключевыми видами животных.
"Мы продемонстрировали, что жук-короед может использовать защитные соединения дерева для защиты от своих врагов", — отметил соавтор исследования Джонатан Гершензон.
При этом способность B. bassiana обходить эту защиту делает его потенциальным союзником леса. В периоды вспышек численности Ips typographus такие знания могут лечь в основу более точного и эффективного биоконтроля.
Понимание того, как защитные молекулы перерабатываются и обезвреживаются в экосистеме, открывает путь к более устойчивым стратегиям защиты лесов от одного из самых опасных вредителей.