Враги убийцы
Опасный хитридовый гриб убивает множество земноводных по всему миру. Теперь исследователи надеются использовать крошечных водных животных, чтобы остановить умирающих.
Трех-четырехчасовая прогулка по Пиренеям сама по себе может быть хорошей вещью. Но если вам приходится нести 30-40 литров воды из горного озера в долину, это становится довольно утомительно. Особенно, если он не останавливается на одном водоеме.
Однако и не о спокойном походе речь шла. Потому что исследователи Дирка Шмеллера из Центра экологических исследований Гельмгольца (UFZ) в Лейпциге идут по следу убийц грибов, живущих там в горах, в надежде, что смогут бороться с глобальным убийцей земноводных. В некоторых пиренейских водах, например, крошечным водным организмам, по-видимому, удается сдерживать опасный хитридовый грибок, который уже несколько лет убивает земноводных во всем мире и, вероятно, уже способствовал исчезновению некоторых видов.
И ради перспективы помощи в этой порой, казалось бы, безнадежной борьбе, все усилия того стоят: «Мы использовали ослов и мулов, чтобы доставить некоторые из наших проб воды из гор, а затем отвезли их в лабораторию», сообщает биолог. Остальное исследователи принесли сами, в результате чего было собрано около 100 образцов из более чем 30 озер.
Великое умирание
На данный момент печально известный убийца лягушек кажется неудержимым в своем триумфальном шествии по миру. Batrachochytrium dendrobatidis, сокращенно называемый экспертами «Bd», тем временем появился в явно отдаленных местах обитания почти на всех континентах. «Мы имеем дело с одной из самых разрушительных болезней диких животных в мире», - говорит Дирк Шмеллер.
"Мы имеем дело с одной из самых разрушительных болезней диких животных в мире" (Дирк Шмеллер)
Возбудитель поселяется в коже животных, нарушает дыхание своих жертв, нарушает их обмен веществ - и таким образом уничтожает целые запасы за очень короткое время. Оно очень бурно свирепствовало, например, в богатом земноводным мире Австралии, Центральной и Южной Америки. Но и европейские амфибии не пощадили. «Например, жаба-повитуха и огненная саламандра очень сильно страдают от инфекции», - сообщает исследователь UFZ.
Земноводные европейских гор особенно восприимчивы. Именно здесь грибок наиболее распространен и достигает наибольшего эффекта. Вероятно, это как-то связано с относительно низкими температурами, которые, по-видимому, облегчают разрушительную работу патогена. Во всяком случае, ему часто удается за несколько лет заразить более 90 процентов земноводных в горном озере. И когда он переступает этот порог, начинается великое умирание. Вряд ли какое-либо животное затем сможет превратиться из головастика в лягушку, и запасы рухнут. «В Пиренеях мы видели популяции, которые за пять лет сократились с 5000 до трех особей», - говорит Дирк Шмеллер.
Но это имеет последствия для всей экосистемы. Наконец, головастики обычно едят много водорослей и мелких тварей из воды, взрослые лягушки действуют как убийцы насекомых, а амфибии всех возрастов являются излюбленной пищей для многих других животных. Сократившиеся запасы больше не могут выполнять все эти экологические функции.
Исчезнувшее вряд ли можно заменить. Сородичи из других регионов имеют мало шансов вернуть себе осиротевшее горное озеро. Лягушки и жабы просто не приспособлены для горных походов. Нет и заместителей, которые могли бы взять на себя их функции. «Эти горные озера представляют собой относительно суровые экосистемы с короткими периодами роста и небольшим количеством пищи», - говорит Дирк Шмеллер. Жилая площадь для специалистов. Если один тип терпит неудачу, другой не может просто вмешаться. «Вот почему такие экосистемы относительно легко выходят из строя», - объясняет биолог.
Жабы как индикаторы
Несколькими годами ранее, однако, он и его коллеги заметили, что ситуация не в каждом пиренейском озере одинаково драматична. Водоемы различаются не только растительностью и геологией, но и состоянием здоровья их амфибий. На примере жаб-акушерок исследователи задокументировали, насколько велики могут быть эти различия.
Мало того, что эти животные были обнаружены почти во всех исследованных водоемах, они также являются особенно хорошими индикаторами масштабов грибковой проблемы. Потому что их потомство иногда впадает в спячку на несколько лет, прежде чем превратиться в половозрелых жаб. Поэтому головастики часто плавают в больших количествах на дне воды - идеальные условия для возбудителя, который затем может быстро перепрыгивать с одной жертвы на другую. «Если хитридиозный грибок встречается в водоеме, он, скорее всего, находится в жабах-акушерках», - объясняет Дирк Шмеллер.
При поиске возбудителя исследователи с помощью ватной палочки берут мазок с кожи земноводного, который затем исследуют в лаборатории. Таким образом можно определить, заражено ли уже соответствующее животное или нет. Эта проверка здоровья привела к очень разным результатам в зависимости от озера: в большинстве водоемов грибок поразил максимум пять процентов жаб-повитух, в некоторых местах животные были полностью избавлены. Однако в девяти озерах уровень заражения превысил 90 процентов. Откуда берутся такие большие различия в водоемах, которые относительно близко расположены друг к другу и почти не различаются по климату?
Маленькая разница
Чтобы выяснить это, исследователи изучили образцы воды из отдельных озер в лаборатории. Во-первых, они проверили влияние воды на свободно плавающие споры, которые грибок использует для распространения. Если образец был взят из озера с несколькими зараженными жабами, количество подвижных спор Bd значительно уменьшалось уже через два часа. С другой стороны, в воде из сильно зараженных озер это произошло только через 33 часа. Этот эффект нельзя было объяснить различиями в химическом составе воды. Но команда обнаружила другую связь: по-видимому, чем больше животных простейших и микроскопически мелких многоклеточных организмов плавало в воде, тем быстрее исчезали грибковые споры.
Затем исследователи поместили в воду головастиков жаб-акушерок. В образцах из сильно зараженных вод инфекция быстро распространилась среди потомства жаб. То же самое произошло и с водой из слабозагрязненных озер, в которых ученые убили микрофауну кипячением. Напротив, неизмененная вода из местообитаний, в основном свободных от Bd, поддерживала уровень заражения в несмертельных диапазонах. Судя по всему, в этих озерах обитают микроскопически мелкие враги, которые усиленно очищают от патогенов.
Но кто же эти живые фунгициды? Этот вопрос исследовали участвовавшие в исследовании ученые из Университета Гента. Марк Блуи и его коллеги поместили 15 мелких водных существ на плавающие споры Bd. Исследователи выделили коловратку Lecane stichaea и Paramecium aurelia непосредственно из Пиренейских озер, остальные кандидаты были родственниками найденных там видов.
Члены семейства коловраток под названием Notommatidae явно выиграли соревнование за звание самого эффективного борца со спорами. Когда эти организмы находились в воде, они не только массово уменьшали количество спор. Когда исследователи добавили головастиков, ни одно животное не заразилось грибковой инфекцией. Двум парамециям Paramecium aurelia и Paramecium caudatum, по крайней мере, удалось удержать уровень заражения на низком уровне.
Так, может быть, крошечные хищники могут помочь обуздать вымирание земноводных? Исследователи считают, что это многообещающая идея, которая может сработать не только в Пиренеях. Его также можно перенести на другие континенты.
Химикаты и бактерии
Новые стратегии борьбы с патогеном также крайне необходимы. Потому что пока список доступного оружия короток. Безусловно, существует возможность уничтожения грибков с помощью химикатов. «Но в данном случае это не решение, - говорит Дирк Шмеллер. Потому что убийца земноводных принадлежит к большой и широко распространенной группе грибов, которую биологи называют Chytridiomycales. И это ни в коем случае не включает только нежелательные патогены. Многие из их членов играют важную роль в экосистемах, например, в разрушении мертвого растительного материала. Однако химикаты против хитридиевого грибка также могут убить эти виды - с непредсказуемыми последствиями.
Альтернативой может быть использование бактерий. Ученые обнаружили микробы на коже различных земноводных, которые, по-видимому, обеспечивают некоторую защиту от инфекции Bd. Сандра Флехас и ее коллеги из Андского университета в столице Колумбии Боготе обнаружили такой случай у курносых лягушек рода Atelopus. Эти земноводные обитают в тропических регионах Центральной и Южной Америки и относятся к животным, вызывающим особую озабоченность в сфере охраны природы. В конце концов, 80 процентов из примерно 90 описанных видов классифицируются как «находящиеся под угрозой исчезновения» в Красном списке Международного союза охраны природы (МСОП) - развитие, в которое инфекции Bd, возможно, внесли большой вклад.
С другой стороны, на колумбийском острове Горгона, например, есть популяция бархатноногих лягушек вида Atelopus elegans, которые годами живут с грибком - и без каких-либо симптомов заболевания. или популяция падает. Так может у этих животных есть крошечные помощники на коже, которые защищают их от коварной заразы?
Колумбийские исследователи внимательно изучили бактериальное сообщество этого и двух других видов коротконогих лягушек. На самом деле они обнаружили в лаборатории двенадцать видов бактерий, подавляющих рост опасного грибка. Особенно эффективны были два представителя рода Pseudomonas. Другие бактерии из этой группы также защищают два вида калифорнийских лягушек Rana mucosa и Rana sierrae, а также небольшую ядовитую зеленую лягушку Hyalinobatrachium colymbiphyllum, обитающую в Центральной и Южной Америке.
Однако до сих пор неясно, как такие бактерии можно использовать на открытом воздухе для борьбы с болезнью.«До сих пор мы слишком мало знали о коже амфибий», - говорит Дирк Шмеллер. Кроме того, микробы, борющиеся с грибками, до сих пор были обнаружены только у нескольких видов амфибий, ни один из которых не встречается в Европе. Следовательно, защитные организмы должны быть импортированы с других континентов и введены в европейские среды обитания. Однако в других случаях этот подход уже нанес большой ущерб, потому что недавно внедренные средства борьбы с вредителями стали самостоятельными, а в некоторых случаях испортили целые экосистемы.
Внутренний враг
Дирк Шмеллер и его коллеги находят результаты, полученные в Пиренеях, еще более захватывающими. Потому что тем, кто полагается на местных мелких животных в качестве борцов с грибком, не приходится вербовать их в дальних странах. В настоящее время исследователи более внимательно изучают сообщество пожирателей спор грибов: из каких организмов оно на самом деле состоит? Какие из них особенно распространены? И каковы их претензии? «Поскольку во всей Европе есть только три специалиста по колесным животным и парамециям, это не так просто выяснить», - говорит исследователь UFZ. Но те, кто хочет использовать этих союзников, должны сначала лучше понять их особенности. В противном случае он легко может закрутить не те винты.
В принципе, ученые видят два пути продвижения крошечных истребителей грибов. Один из них - использовать вертолет для переброски воды из слабо зараженного озера в сильно зараженное вместе с плавающей в нем микрофауной. Однако это может быть довольно дорого из-за высокой стоимости перелета. «Должно быть от 100 000 до 150 000 евро за сезон», - подозревает Дирк Шмеллер. И никто не может предугадать, как часто такое действие придется повторять.
В качестве альтернативы, борцы с грибком также можно выращивать в лаборатории, а затем выпускать. Тогда, возможно, хватило бы десяти литров высококонцентрированного раствора, который также можно было бы доставить до соответствующего озера пешком. Однако осуществить этот план непросто. Потому что сообщество горных озер состоит из специалистов, которых трудно вывести. «Чтобы получить правильную смесь организмов, нужно повозиться как минимум один или два года», - считает Дирк Шмеллер.
Но даже если бы это сработало, остается проблема: во многих озерах Пиренеев рыболовы выпустили рыбу, которой изначально там не было. А их голодные рты убирают немало среди микрофауны. В такой ситуации все меры поддержки крошечных борцов с грибком бесперспективны, считает Дирк Шмеллер: «Пока в горном озере есть рыба, можно сберечь силы». Бороться с лягушачьей эпидемией, безусловно, будет непросто. Но лейпцигские исследователи и их коллеги все же хотели бы включить его. В конце концов, речь идет о будущем разнообразии земноводных.