От бактерий зависит еще одно удивительное свойство тараканов, которого нет у высших животных: они способны использовать для постройки своего тела минеральную серу. Насекомым специально добавляли в пищу сульфаты, содержащие радиоактивный изотоп серы. Вскоре такую меченую серу находили уже в составе их белков. Прусаки, лишенные симбионтов, подобную способность утрачивали.
Еще интереснее симбиоз у близких родственников тараканов – термитов. Термиты способны питаться древесиной благодаря помощи жгутиконосцев. Впервые об этом поведал миру в начале 30-х гг. ХХ в. американский протозоолог Лемюэль Кливленд. Его открытие было подлинной научной сенсацией, которая неожиданно привлекла к миру шестиногих внимание многих исследователей с совершенно новой стороны. Теперь стало легче подбирать ключи к тайнам однообразного «меню» других насекомых, потому что руководящая идея уже была найдена и торжествовала: надо искать симбионтов!
Термиты «отвели» для своих постояльцев заднюю кишку. Она у них сильно расширена и буквально набита жгутиконосцами, бактериями и спирохетами. Большинство видов этих жгутиконосцев нигде, кроме как у термитов (и еще одного вида тараканов), до сих пор не обнаружено.
Кливленд убивал жгутиконосцев, помещая термитов на несколько часов в камеру с повышенным давлением и достаточным количеством кислорода, что не причиняло насекомым непосредственного вреда, но губительно воздействовало на жгутиконосцев. Таких термитов он продолжал кормить обычной пищей – древесными опилками и фильтровальной бумагой, соблюдая и прочие необходимые условия. Через две-три недели все подопытные термиты, лишенные жгутиконосцев, погибли. Смерть удавалось предотвратить, если в садок к неполноценным насекомым подсаживали несколько нормальных, у которых те слизывали капельки выделений из задней кишки. Жизнь термитов можно было также продлить, давая им глюкозу.
Вывод, сделанный из этих опытов, совершенно очевиден: жгутиконосцы играют в жизни термитов ту же роль, что бактерии у жвачных. Кливленду удалось даже наблюдать в микроскоп, как эти неутомимые «работяги» захватывали кусочки древесины. Затем из их компании выделили первый вид из рода трихомонас и заставили его расти в специальной среде вне тела хозяина. От него получили и чистый фермент, разлагающий клетчатку, – целлюлозу. Секрет питания термитов был окончательно раскрыт.
Ученые стали изучать симбионтов обстоятельнее и, в частности, обратили внимание на одного жгутиконосца, выделенного из австралийских термитов. Кажется, весь он покрыт жгутиками. На переднем конце клетки торчит пучок из четырех жгутиков, которые постоянно колышутся. Исследователи рассмотрели жгутики в электронный микроскоп – и тут их ждало открытие. Оказалось, что из четырех жгутиков только один, самый длинный, действительно настоящий и принадлежит этому одноклеточному существу; остальные три – вовсе не жгутики, а отдельные бактериоподобные организмы, прозванные за спиральную форму тела спирохетами.
Подобными организмами оказались и все остальные «жгутики», покрывающие клетку симбионта. По поверхности этой клетки выстроились небольшие выросты в виде полукруглых петелек. С задней стороны на них сидит по одной спирохете, с передней – по одной бактерии-палочке. Внутри самого жгутиконосца обитают еще какие-то бактерии.
О назначении обоих типов бактерий ничего не известно. Что же касается спирохет, то они играют роль основных «двигателей»: с помощью их волнообразных движений, каким-то образом точно скоординированных, жгутиконосец энергично передвигается.
Странного симбионта со «жгутиками», «смонтированными» из других организмов, удачно назвали «миксотриха парадокса», что в переводе с латинского означает «парадоксальный организм с разными жгутиками». С его открытием обнаружилось, что симбиоз строится у термитов как бы в два «этажа» и по своей идее напоминает русскую матрешку: внутри главной фигуры симбиоза – термита – обитают жгутиконосцы, а внутри и на теле жгутиконосцев – бактерии и спирохеты.
Примерно в то же время, когда открыли этот двойной симбиоз у термитов (казавшийся тогда уникальным), была разгадана и непонятная способность тараканов довольствоваться скудной диетой. Тогда же обратили внимание на их тропических сородичей, питающихся одной древесиной. В их задней кишке без особого труда обнаружили массу бактерий, а у крупного яванского таракана панестии прибежищем для бактерий служила передняя кишка.
Но если у тараканов клетчатку помогают переваривать бактерии, то, может быть, и у термитов главные помощники – не сами жгутиконосцы, а их микробы? Тем более, что термиты и тараканы – довольно близкие родственники. Действительно, вопрос этот возник сразу, однако окончательный ответ на него до сих пор не получен. Судя по некоторым фактам, бактерии жгутиконосцев не остаются простыми «нахлебниками»: они доступными только им средствами помогают своим хозяевам в их нелегком «труде».
В дополнение ко всем рассказанным «чудесам» из жизни термитов стоит еще отметить, что в этих с виду жалких обитателях темных подземелий, лишенных радости видеть красоту мира, обнаружены еще и бактерии-азот-фиксаторы, поставляющие им материал для постройки белков.
«Дружба» с грибами
У самых разных насекомых – да и не только у них – были открыты и описаны сотни всевозможных симбионтов. Выяснилось, что без микроскопических квартирантов не могут обходиться клопы, вши, комары, мошки, клещи и даже некоторые пиявки – все те животные, которые питаются кровью. Лучше всех в этом убедила ученых африканская муха цеце.
То, что кровососы действительно нуждаются в определенных сожителях, можно косвенно подтвердить, сравнивая их с ближайшими сородичами, для которых кровь – не постоянная пища. У многих таких сородичей сожителей нет. Все дело в том, что в крови животных и человека кровососам не хватает витаминов и еще некоторых веществ, необходимых им для роста. Все это они и получают от своих симбионтов.
В симбионты выбираются чаще всего актиномицеты, или дрожжи. Еще в начале прошлого века немецкий протистолог Фриц Шаудин обнаружил в теле обыкновенного комара особые мешкообразные расширения пищевода, заполненные грибками. Допущены они сюда не про сто так. Когда комар вонзает свой тонкий хоботок в кожу человека, он делает сильное дыхательное движение, повышает давление собственной крови и с силой впрыскивает в ранку небольшую порцию слюны, углекислого газа, выделенного грибками, и часть самих грибков. Углекислота препятствует свертыванию крови, а грибки, попавшие в ранку, благодаря особым ферментам увеличивают приток крови к хоботку комара и вызывают на коже сильное местное раздражение. Под действием выделяемых грибками веществ на месте укуса вскакивает зудящий волдырь. Роль грибков в этом деле Шаудин доказал вполне убедительно: вводя в кожу тонкую иглу, смоченную эмульсией из комариных грибков, он искусственно получал точно такие же волдыри. Значит, грибки, обильно размножающиеся в пищеводе комара, несут вполне определенную функцию – облегчают ему сосание крови.
А вот пример участия грибков во вредном для человека симбиозе другого типа. В природе широко распространен особый гриб, поражающий мякоть яблок плодовой гнилью. Яблоками питается и жук казарка. Вместе с мякотью он поедает также споры гриба, которые, пройдя через его кишечник, остаются невредимыми. Для откладки яиц самка казарки выгрызает в здоровых плодах небольшие камеры, в каждую из которых помещает по одному яйцу. Проделав эту операцию, она замуровывает камеру экскрементами, в которых содержатся споры грибов. Так, откладывая яйца, казарка одновременно заражает яблоки плодовой гнилью. Одна самка производит до 200 яиц. Дней через 5-10 из них выходят личинки, которые начинают питаться мякотью загнивающего плода и проделывают в нем свои ходы. Важно подчеркнуть, что в плодах, не пораженных грибом, личинки жить не могут. Заражая плоды, казарка способствует расселению гриба. Оба симбионта – и гриб и насекомое – извлекают из своего сожительства взаимную выгоду.
В организме одних насекомых нет подходящего укромного места для симбионтов, и тем приходится жить прямо в кишечнике хозяев. У других от кишок отходят слепые выросты – аппендиксы, очень удобные для поселения симбионтов. Есть они у многих жуков, например майского, у личинок мух, мошек и сверчков. Как не воспользоваться этими тихими, спокойными «затонами» вблизи напряженно бурлящего тракта, по которому день и ночь течет пищевая лавина!
Сначала скрытая жизнь в таких «затонах» была изучена у птиц и зверей. Выяснилось, что аппендикс играет у них жизненно важную роль в питании. Если, например, удалить этот орган у петуха и посадить его исключительно на растительную пищу, то, сколько бы он ни ел отборного зерна, его скорая гибель неминуема. У глухарей, тетеревов и рябчиков аппендиксы ничуть не короче самого кишечника. Такие размеры слепых кишок связаны с тем, что в течение долгой зимы эти птицы кормятся только хвоей, почками, клюквой и брусникой: переваривать все это помогают симбионты.
Однако многие насекомые, у которых нет аппендиксов, «выделили» для своих постояльцев специальные клетки – мицетоциты и даже «сгруппировали» их в отдельные «микробные органы» – мицетомы. И те и другие у насекомых сильно увеличены. Мицетомы хорошо развиты у клопов, тлей, вшей, у мухи цеце, у цикад и цикадок, а также у клещей.
Когда-то, в очень давние геологические времена, микробные клетки и органы возникли как форма защиты от инфекции. С течением эволюции они закрепились наследственно и стали нормальной составной частью организма. Следовательно, все подобные образования насекомых – это свидетельства их давних и прочных «дружественных связей» с полезными микробами и простейшими.
Ближайшие родственники бактерий – грибы. Они, как и бактерии, не имеют зеленой окраски, поскольку в них нет хлорофилла – зеленого пигмента, с помощью которого растения усваивают из воздуха углекислый газ и строят из него и воды органические питательные вещества. Поэтому грибы обитают в такой среде, из которой они могут брать уже готовые питательные вещества.