Чтобы жить, глубоководные черви заражаются полезными бактериями

Глубоководные черви вестиментиферы могут существовать только в симбиозе с автотрофными бактериями, которые производят органическое вещество из CO2, используя энергию восстановленных соединений серы. Эти бактерии живут внутри червя, в клетках особого органа — трофосомы, и должны каким-то образом передаваться из поколения в поколение. До недавнего времени считалось, что личинки вестиментифер, изначально лишенные бактерий, заглатывают их с пищей. Однако, как утверждают авторы статьи, опубликованной в последнем номере журнала Nature, симбиотические бактерии внедряются в осевшую на субстрат личинку непосредственно через кожу, а сопровождающие это внедрение процессы напоминают те, что происходят при заражении животных патогенными микроорганизмами.

Вестиментиферы — пожалуй, самые известные обитатели гидротермальных биотопов, тех мест на дне океана, где из расщелин изливается горячая вода, несущая большое количество восстановленных веществ (например, H2S), и где благодаря окисляющим эти вещества бактериям развиваются настоящие оазисы жизни. Раньше вестиментифер вместе с погонофорами выделяли в отдельный тип, но теперь их рассматривают как особую группу класса многощетинковых червей (в составе типа кольчатые черви).

Вестиментиферы — это крупные (иногда до двух метров в длину) черви, ведущие прикрепленный образ жизни и обычно образующие плотные скопления особей. Тело каждого животного заключено в хитиновую трубку, а наружу торчит венец (или, как еще говорят, плюмаж) лепестков жабр, окрашенных в ярко-красный цвет. Большую часть внутреннего пространства червя занимает специальный орган — трофосома, в клетках которой живут симбиотические бактерии. Эти бактерии, обеспечивающие питание вестиментифер, фактически работают как аналоги зеленых растений — синтезируют органическое вещество из углекислого газа СО2, но источником энергии для них служит не свет, а реакция окисления сероводорода H2S.

Поскольку всё существование вестиментифер полностью зависит от симбиотических бактерий, очевидно, что они должны каким-то образом передавать этих бактерий своим потомкам. Известно, однако, что яйца вестиментифер лишены симбиотических бактерий. Нет их и в вылупляющейся из яйца микроскопической личинке, плавающей в воде и напоминающей трохофору — обычную личинку, свойственную многощетинковым червям. Всегда считалось, что после того как личинка осядет на субстрат и начнет постепенно превращаться в червя, она вместе с пищей проглотит нужных бактерий, а те не будут перевариваться в кишечнике, а, дойдя до среднего его отдела, проникнут в клетки эндодермы, которые начнут делиться и формировать новый орган — трофосому. Кишечник же за ненадобностью полностью редуцируется.

Однако в статье, появившейся в последнем номере журнала Nature, австрийские исследователи Андреа Нуссбаумер и Моника Брайт (из Отдела морской биологии Венского университета), совместно с американским коллегой Чарльзом Фишером (из Отдела биологии Университета штата Пенсильвания), утверждают, что общепринятый взгляд на то, как происходит заселение бактериями вестиментифер, не соответствует действительности. Они полагают, что симбиотические бактерии проникают в молодых осевших на дно вестиментифер не через рот и кишечник, а через наружные покровы тела. Преодолев же этот барьер, бактерии пробираются в мезодермальные клетки, из которых и начинает образовываться трофосома.

Свои выводы авторы статьи основывают на изучении множества гистологических срезов личинок на разных стадиях превращения их в полноценных червей. Помимо классического электронного микроскопирования в этой работе использован и быстро набирающий известность метод «флуоресцентной гибридизации in situ» (FISH — fluorescence in situ hybridization). Этот метод по сходству нуклеиновых кислот позволяет оценить генетическую близость исследуемого объекта и известного образца, причем результаты можно видеть по флуоресценции препарата. К примеру, в данном случае специфически окрашивались не все бактерии, находящиеся внутри червей, а только симбиотические.

Исследователям удалось показать, что в кишечнике молодых вестиментифер встречаются отдельные бактерии, но это не будущие симбионты. Что касается симбионтов, то они сначала обнаруживаются под кожей молодых осевших особей, а затем оттуда постепенно проникают в участок мезодермы между спинным кровеносным сосудом и передним кишечником. Именно здесь и начинает развиваться новый орган — трофосома. При этом инициируется апоптоз — разрушение тех тканей, которые были затронуты при проникновении симбионтов, а также кишечника и других органов, служивших только личинке. Авторы подчеркивают, что процессы, сопровождающие внедрение симбиотических бактерий, напоминают те, что наблюдаются при заражении животных патогенными микроорганизмами.

Надо отметить, что проведение данной работы потребовало длительного времени и усилий многих специалистов. Ведь описанный процесс развития вестиментифер и заселения их симбиотическими бактериями происходит в районе Восточно-Тихоокеанского поднятия (9°С. Ш., 104°З. Д.) на глубине 2500 метров! Пробы с мест скопления вестиментифер собирали с глубоководного обитаемого аппарата «Алвин» (Alvin) — того самого, из которого в 1977 году люди впервые увидели грандиозные скопления жизни в местах выхода гидротермальных вод (и который использовался при изучении места гибели «Титаника»). А для того, чтобы доставить на поверхность очень мелких молодых особей неповрежденными, исследователи с помощью манипуляторов размещали в скоплениях вестиментифер специальные искусственные субстраты (в виде кубиков, состоящих из пластин с желобками). Через год субстраты поднимали на поверхность и уже в лаборатории собирали с них осевшую молодь.