batrachospermum (batrachospermum) wrote,
batrachospermum
batrachospermum

Categories:

Батрахоспермум № 21(83) – Термитниковый!

В новом номере нашего журнала мы собрали вместе пару наших статей о термитниках и добавили еще одну главу – о том, как ученые вычислили возраст и обнаружили самый старый из них (исследование вышло в октябре).



Прогуливаясь по африканской саванне, вы, должно быть, видели эти земляные башни, которые могут достигать больше 10 метров в высоту и порой так напоминают готические соборы, что рука сама тянется перекреститься. Но это не религиозные сооружения. Каждая такая башня представляет собой дом, ясли, склад, ферму… и пищеварительную систему. Да, это часть одной из самых удивительных пищеварительных систем на нашей планете, которая начинается внутри тел термитов и простирается наружу, вширь и вверх, пронзая небеса.

Кишочки, что пронзают небеса

Как и многие другие термиты, Macrotermes natalensis употребляют в пищу богатую энергией древесину. Но это не такая простая задача, и им требуется помощь грибов Termitomyces, которых они специально выращивают в термитнике. Рабочие особи собирают кусочки дерева, жуют их и срыгивают обратно в виде кашицы, которую гриб радостно обволакивает своими гифами и переваривает, расщепляя сложные углеводы на небольшие сахара. Эти сахара идут по второму кругу в пищу термитам, и теперь на них набрасываются полчища микробов, которые осуществляют дальнейший распад вкусняшки. Без гриба и микробов эти термиты не смогли бы есть.

Таким образом, пищеварительная система насекомого не ограничивается одной лишь трубочкой, пронизывающей насквозь его поджарое тельце. В нее включена сеть грибных нитей, растущих в многочисленных камерах термитника, а также масса бактерий, проживающих внутри термита. Это союз представителей трех царств живой природы, существующий внутри и снаружи насекомого, заполняющий весь его дом-небоскреб.


Термитник-небоскреб. Фото: John W. Banagan

Союз этот очень древний. Вверить уничтожение жесткой растительной массы кишечным микробам термиты догадались еще 150 млн лет назад, когда разошлись их эволюционные дорожки с тараканами. Около 30 млн лет назад макротермиты, к которым относится и M. natalensis, включили в пищеварительную цепь новых партнеров – грибы Termitomyces. Условия того контракта оказались весьма жесткими: сейчас существует примерно 330 видов макротермитов, и все они культивируют исключительно Termitomyces, а другим грибкам остается лишь завистливо глядеть на эту монополию.

Кроме того, это очень успешный союз. Макротермиты обитают по всей Африке и Южной Азии и определяют судьбу целых экосистем. Это настоящие короли распада, которые разрушают падшие растения и возвращают миру запасенную в них энергию. При поддержке союзников из других царств они возводят дворцы высокие, как деревья, а реальные деревья превращают в свою плоть.


Термиты M. natalensis и их беленькие грибочки. Фото: Kim et al., 2014

В прошлом году ученые секвенировали геномы M. natalensis, выращиваемых ими грибов и живущих внутри микробов и выяснили подробности того, как распределены обязанности между ними на генетико-биохимическом уровне (Poulsen et al., 2014). Из 128 семейств гликозидаз – ферментов, катализирующих расщепление углеводов, – в портфеле партнерского альянса было найдено 111. Большинство из них работает в бактериях, гораздо меньше – в грибах, и совсем чуток принадлежит собственно термиту. Всю пищеварительную работу, по сути, обеспечивают грибы с бактериями. Первые расщепляют углеводы на олигосахариды, но с самими олигосахаридами не могут справиться. Зато у бактерий есть множество ферментов, которые нацелены именно на олигосахариды, причем этих ферментов гораздо больше, чем у бактерий, которые живут в других термитах, не выращивающих грибы.

Сами же термиты мало участвуют в пищеварении. У них другая задача – выращивать и питать своих партнеров. И они справляются с ней великолепно. Вот люди, например, не умеют выращивать грибы Termitomyces, хотя они съедобны и в некоторых районах Африки считаются деликатесом. А термиты – умеют. Благодаря встроенной вентиляции в термитниках создаются прохладные влажные оазисы, в которых грибы могут процветать, а насекомые ухаживают за этими садами, культивируя, по сути, собственную пищеварительную систему.


Термитник M. natalensis, камеры с грибами Termitomyces и королева термитов. Фото: Poulsen et al., 2014

Кое-что интересное ученые узнали и о королеве M. natalensis. Внутри нее не живет ни один из тех микробов, что распространены в личных пищеварительных системах рабочих особей. Обедненная микрофлора королевы способна переваривать лишь простейшие из сахаров. Эту огромную неподвижную мешковатую машину по производству яиц подкармливают ее дочери (вместе с их микробами, конечно).

Но так было не всегда. Когда королева основывала колонию, микрофлора у нее была полноценная, и в первую очередь она поделилась ею с дочерьми. Позднее, по мере того как королева превращалась в живой белый мешок, ее микросообщества беднели. Теперь вся колония – рабочие термиты, бактерии, грибы и их общий дом-термитник – являются ее гигантской пищеварительной системой, симбиотической сетью, которая снабжает ее пищей и обеспечивает дальнейшую передачу ее царственных генов.

Дыхалка, что пронзает небеса

А теперь перенесемся в славный город Бангалор. Прогуливаясь неподалеку от кампуса Национального центра биологических наук на окраине города, вы, вероятно, видели эти земляные башни, столь похожие на некоторые здания Антонио Гауди, что хочется тут же закинуться тапасами с хамоном и сплясать фламенко с быками. Но нет, вы на юге Индии, и, кроме карри и красной точки над переносьем, у вас в кармане больше ничего нет. Разве что маленькие сенсорные датчики для определения скорости и направления потоков воздуха и концентрации углекислого газа. И их можно сунуть в эти башни – творения термитов Odontotermes obesus.


Термитник Odontotermes obesus в Южной Индии. Фото: Hunter King, Sam Ocko

Физики из Гарвардского университета (США) таким образом исследовали более двадцати термитников Бангалора, желая выяснить, зачем нужны эти пустующие небоскребы поверх подземных гнездовий термитов. Конструкциям, которые могут быть выше человеческого роста, издавна приписывали роль сложных систем кондиционирования, но как именно они работают, было неизвестно: то ли рассеивают тепло от гнезд, то ли продуваются ветрами, то ли еще что. Оказалось, все гораздо интереснее: обслуживая интересы дыхания своих обитателей, термитник сам уподобился органу дыхания!

Система действует как огромное легкое, которое делает один вдох и выдох в сутки, изгоняя из термитника избыток углекислого газа, образующегося в результате подземной активности насекомых. Днем воздух в опорных башенках нагревается и поднимается, а в центральную трубу проникает более прохладный воздух. Ночью температура снаружи башни становится ниже, и воздух выходит из трубы, увлекая за собой замшелые газы, скопившиеся за день. Температура в трубе при этом остается относительно постоянной. Получается этакий внешний орган коллективного дыхания, реагирующий на изменения температуры.


Вот как-то так. Фото: King et al., 2015

Ветер не может служить фактором вентиляции, поскольку поры между слагающими башню частичками почвы слишком малы. Нагревание от жизнедеятельности термитов также пришлось исключить, потому что такие же конвективные ячейки, как выяснилось, формируются и в башнях над покинутыми термитниками. То есть вентиляция происходит благодаря самой конструкции башни, отмечают ученые (King et al., 2015).

Исследователи хотят теперь посмотреть, работает ли обнаруженный механизм в башнях других видов термитов. И конечно, считают, что их открытие может найти себе применение в человеческой архитектуре. Только представьте себе дышащий дом, как на обложке, который днем самостоятельно кондиционирует помещения, а ночью автоматически удаляет все ваши газики! Главное, чтобы кашель не подхватил.


Старушки, что пронзают небеса

Но дом таки подхватил кашель и звучно выкашлял вас в направлении Африки, где вы уже побывали в первой части номера. Теперь же вы, прогуливаясь по лесному массиву Миомбо в провинции Верхняя Катанга (Демократическая Республика Конго), наверняка заметили земляные башни, напоминающие египетские пирамиды, и едва не забальзамировали себя папирусом от благоговения перед этим чудом света. И действительно, есть чем восхищаться: ученые выяснили, что некоторые из этих термитников были построены, как и пирамиды, еще до нашей с вами эры!

Сам размер такого небоскреба говорит о том, что стоит он на земле намного дольше, чем может прожить плодящаяся там королева-термитчица, пишут исследователи в своей научной статье (Erens et al., 2015). Срок жизни матки редко превосходит 20 лет. А каков же возраст этих земляных громил? Чтобы ответить на этот интригующий вопрос, группа специалистов из Бельгии и ДРК вынула из кармана радиоуглеродный метод и изучила с его помощью четыре башни, построенные термитами Macrotermes falciger.


Почвовед Ганс Эренс полез на самый старый в мире термитник. Фото: Soil Science Society of Belgium

Два термитника были активными, насекомые гнездились в его верхней части. Другие два – заброшенные. В каждой из этих категорий один термитник был малым (ниже 3,5 м), другой – большим (выше 6 м). Исследователи брали образцы для анализа из разных частей срединной оси термитника, расположенных на разной высоте.

Возраст почвенных частиц, из которых были сложены покинутые термитники, увеличивался к основанию. И в основании крупного из них лежала земля возрастом 2119 – 2335 лет! Это самая древняя постройка термитов из известных науке, если не считать ископаемые находки. В то время как Рим вел Пунические войны с Карфагеном, термиты уже созидали этот термитник. Также были получены данные, что насекомые активно использовали его в период с XII по XV век, или 800 – 500 лет назад, когда в этом регионе господствовал особенно теплый климат. Таким образом, термиты могут тысячелетиями использовать для жизни один и тот же термитник. В настоящее время древнее жилище необитаемо уже несколько десятков лет, но кто знает, может, в один прекрасный жаркий день термиты вновь сюда вернутся.

Для основания малого пустующего термитника был определен возраст 684 – 796 лет, он начал возводиться во времена монголо-татарского нашествия на Русь, становления и расцвета Золотой Орды. То есть великовозрастные термитники – это не аномалия, а вполне нормальное явление. Активные термитники оказались более молодыми, однако больший из них был построен поверх старинного, возрастом 675 – 766 лет. Видите, термиты ценят работу своих предшественников и пользуются их наработками, сменяющие друг друга поколения наращивают новые «культурные» слои на одни и те же термитники.


Термитник в Ботсване и униженный жираф. Фото: Simon Creig

Сами термитники, может статься, тоже ценят такое к себе отношение и преданно служат разным своим хозяевам, как собачки. Не выкашливают, не вырыгивают их из себя капризно, а покладисто исполняют свои органические функции: пищеварительную, дыхательную, состаревательную – как натуральные живые системы. Надеемся, когда-нибудь ученые обнаружат у термитников мозг и речь, и тогда мы сможем взять у них интервью, в котором они поведают нам о своих чувствах.

По материалам: National Geographic, Newswise, The Boston Globe, BBC. Иллюстрация к обложке: Buzelli / Nautilus
Tags: Батрахоспермум
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment