Кишечник диких пчел – новый индикатор состояния городской экологии

По мере роста городов и сокращения естественной среды обитания диким животным приходится адаптироваться к стремительно меняющимся условиям. Новое исследование, опубликованное в журнале Insect Science, демонстрирует, что кишечник городских диких пчел содержит подробные микробные данные, отражающие как здоровье самих насекомых, так и качество окружающей среды. Это открывает возможности для использования нового мощного инструмента для мониторинга экологического благополучия в городах.

Исследователи из Сианьского транспортно-ливерпульского университета (XJTLU) применили метод метагеномного секвенирования для изучения одиночной пчелы-каменщицы Osmia excavata. Они проанализировали пыльцу в рационе, кишечные бактерии и вирусы, а также гены устойчивости к антибиотикам у пчел с десяти городских сельскохозяйственных участков в Сучжоу, Китай. Результаты показали, как данные о кишечном сообществе одного крошечного опылителя могут выявить скрытые факторы давления на окружающую среду, такие как нехватка цветущих растений, распространение патогенов и химическое загрязнение. «Наше исследование показывает, что кишечник дикой пчелы может служить чувствительным биологическим датчиком качества городской среды, – говорит автор исследования доктор Мин Тан. – Интегрируя данные о диете, бактериях, вирусах и устойчивости к антибиотикам в единый рабочий процесс, мы фиксируем экологические проблемы, которые традиционные полевые исследования часто упускают из виду».

Анализ ДНК растений из кишечника пчел показал, что городские особи в значительной степени зависят от ограниченного набора цветочных ресурсов, в основном от сельскохозяйственных культур рода Brassica (капуста) и декоративного дерева Platanus (платан). Поскольку платан обычно не является предпочтительным источником пищи для пчел, его частое присутствие в рационе говорит о том, что городские пчелы вынуждены собирать нектар с любых доступных растений из-за ограниченного выбора. Характер питания пчел варьировался в зависимости от места и точно соответствовал местной растительности, демонстрируя, как структура городских ландшафтов влияет на возможности для поиска пищи.

Несмотря на разнообразие условий обитания в Сучжоу, пчелы сохраняли относительно стабильное «ядро» кишечного микробиома, в котором преобладали гаммапротеобактерии, в частности бактерии рода Sodalis. Этот симбионт кодирует широкий спектр ферментов, необходимых для расщепления оболочки пыльцы, что подчеркивает его важность для питания пчел. Однако на двух участках Sodalis почти отсутствовал, а его место заняли условно-патогенные бактерии, такие как Pseudomonas, что указывает на возможный экологический стресс или нарушение микробиома.

Микробиомы пчел содержали 173 гена устойчивости к антибиотикам, включая типы с множественной лекарственной устойчивостью, которые сильно различались между участками. Хотя общий уровень генов резистентности был низким, их распределение предполагает воздействие различных микробных сообществ или загрязнителей по всему городу. «Дикие пчелы незаметно накапливают сигналы экологического стресса – от нехватки цветочных ресурсов до следов устойчивости к антибиотикам, – отмечает доктор Тан. – Эти микробные сигналы могут помочь выявить угрозы как для опылителей, так и для городских экосистем».

Виром кишечника пчел – совокупность всех вирусов – содержал широкий спектр ранее неизвестных бактериофагов, а также нитчатый вирус медоносной пчелы (AmFV), являющийся основным патогеном медоносных пчел. Его присутствие на нескольких участках указывает на возможную передачу вируса через общие цветочные ресурсы между домашними медоносными пчелами и дикими видами.

Исследование показало, что микробиоценозы кишечника пчел, включающие как бактерии, так и вирусы, были более устойчивыми, чем сообщества, состоящие только из бактерий. Сокращение числа полезных литических фагов в сочетании с увеличением количества условно-патогенных бактерий и вирусов животных отмечало участки, испытывающие потенциальный экологический стресс. «Хотя наша работа сосредоточена на одном виде пчел в одном городе, этот подход легко масштабируется, – добавляет доктор Тан. – Мы надеемся, что эти методы помогут в городском планировании, дружественном к опылителям, и в разработке биомаркеров для раннего предупреждения в соответствии с принципами «Единого здоровья», которые рассматривают здоровье людей, животных и экосистем как неразрывно связанное».