Химический секрет всеядности дождевых червей

«Если бы дрилодефенсины не существовали, то опавшие листья оставались бы на поверхности почвы очень долгое время, накапливаясь в гигантские кучи. Если бы вы посмотрели на леса и сельскую местность на такой альтернативной Земле, то вы просто не узнали бы их. Вся система круговорота углерода в природе была бы нарушена», — заявил Джейк Банди (Jake Bundy) из Имперского колледжа Лондона (Великобритания).

Для начала можно вспомнить, что по особенностям биологии дождевых червей можно разделить на два типа: к первому относятся черви, питающиеся на поверхности почвы, ко второму — питающиеся в почве. В первом типе можно также выделить подстилочных червей, которые живут в слое подстилки и ни при каких обстоятельствах (даже при пересыхании или промерзании почвы) не опускаются в землю глубже 5—10 сантиметров. К этому же типу относятся почвенно-подстилочные черви, которые проникают в почву глубже 10—20 сантиметров, но только при неблагоприятных условиях, и норные черви, делающие постоянные глубокие ходы (до 1 метра и более), которые они обычно не покидают, а при питании и спаривании высовывают на поверхность почвы только передний конец тела. Второй тип можно разделить на роющих червей, живущих в глубоком горизонте почв, и норных червей, имеющих постоянные ходы, однако питающихся в гумусовом горизонте.

Подстилочные и роющие черви населяют места с переувлажненными почвами — берега водоемов, болотистые почвы, почвы влажных субтропиков. В тундре и в тайге обитают лишь подстилочные и почвенно-подстилочные формы, а в степях — только собственно почвенные. Лучше всего они себя чувствуют в условиях хвойно-широколиственных лесов: в этих зонах обитают все типы люмбрицид.

Дождевые черви всеядны. Они заглатывают огромное количество земли, из которой усваивают органические вещества, точно так же поедают они большое количество всевозможных полусгнивших листьев, за исключением очень твердых или обладающих неприятным для них запахом. При содержании червей в горшках с землей можно наблюдать, как они едят свежие листья некоторых растений.

Очень интересные наблюдения за дождевыми червями провел Ч. Дарвин, который посвятил этим животным большое исследование. В 1881 году была опубликована его книга «Образование растительного слоя деятельностью дождевых червей». Чарльз Дарвин содержал дождевых червей в горшках с землей и проводил интереснейшие опыты для изучения питания и поведения этих животных. Так, чтобы выяснить, какую пищу, кроме листьев и земли могут есть черви, он закреплял булавками кусочки вареного и сырого мяса на поверхности земли в горшке и наблюдал, как каждую ночь черви теребили мясо, и большая часть кусочков оказывалась съедена. Съедали они также и куски мертвых червей, за что Дарвин даже назвал их каннибалами.

Полусгнившие или свежие листья втаскиваются червями через отверстия норок на глубину 6—10 сантиметров и там поедаются. Дарвин наблюдал, каким образом черви захватывают пищевые объекты. Если к поверхности земли в цветочном горшке приколоть свежие листья, то черви будут стараться утащить их к себе в норки. Обычно они отрывают маленькие кусочки, захватывая край листа между выдающейся верхней и нижней губой. В это время толстая мощная глотка выпячивается вперед и тем самым создает верхней губе точку опоры. Если червь натыкается на плоскую большую поверхность листа, он действует по-другому. Передние кольца туловища немного втягиваются в последующие, за счет чего передний конец тела расширяется, становится тупым с небольшой ямкой на конце. Глотка подается вперед, прижимается к поверхности листа, а затем, не открепляясь, оттягивается назад и слегка расширяется. В результате в ямке на переднем конце тела, приложенной к листу, образуется «вакуум». Глотка действует как поршень, и червь очень прочно присасывается к поверхности листа. Если подложить червю тонкий увядающий капустный лист, то с обратной стороны от червя можно видеть углубление прямо над головным концом животного. Жилки листа червь никогда не трогает, а высасывает нежные ткани листьев.

Черви используют листья не только в пищу, но и затыкают ими входы в норки. С этой целью они также тащат в норы кусочки стеблей, завядшие цветки, обрывки бумаги, перья, клочки шерсти. Иногда из норы червя торчат пучки листовых черешков или перьев.

Листья, втащенные в норки червей, всегда смяты или сложены в большое число складок. Когда втаскивается следующий лист, он помещается снаружи от предыдущего, все листья плотно складываются и сдавливаются друг с другом. Иногда червь расширяет отверстие своей норки или делает рядом другую, чтобы набрать еще больше листьев. Промежутки между листьями черви заполняют влажной выброшенной из их кишечника землей таким образом, что норки совершенно закупориваются. Такие закупоренные норки особенно часто встречаются осенью перед зимовкой червей. Листьями выстилается верхняя часть хода, что, как считал Дарвин, препятствует соприкосновению тела червя с холодной и мокрой землей у поверхности почвы.

Дарвин описал также способы выкапывания норок дождевыми червями. Они делают это либо раздвиганием земли во все стороны, либо заглатыванием ее. В первом случае червь просовывает узкий передний конец тела в щели между частицами земли, затем вздувает и сокращает его, и тем самым частицы почвы раздвигаются. Передний конец тела работает, как клин. Если земля или песок очень плотные, утрамбованные, червь не может раздвинуть частицы почвы и действует другим способом. Он заглатывает землю, и, пропуская ее через себя, постепенно погружается в грунт, оставляя за собой растущую кучку экскрементов. Способность поглощать песок, мел или другие совершенно лишенные органики субстраты является необходимым приспособлением на тот случай, когда червь, погружаясь в iпочву от излишней сухости или холода, оказывается перед неразрыхленными плотными слоями грунта.

Норки червей идут или вертикально, или немного вкось. Практически всегда они выстланы изнутри тонким слоем черной переработанной животным земли. Комочки земли, выбрасываемой из кишечника, утрамбовываются по стенкам норки вертикальными движениями червя. Образованная таким образом выстилка становится очень твердой и гладкой и тесно прилегает к телу червя, а у загнутых назад щетинок есть прекрасные точки опоры, что позволяет червю очень быстро двигаться в норке вперед и назад. Выстилка, с одной стороны, укрепляет стенки норки, с другой стороны, предохраняет тело червя от царапин. Норки ведущие вниз заканчиваются обычно расширением, или камерой. Здесь черви проводят зиму, поодиночке или сплетаясь в клубок по нескольку особей. Норка обычно выстлана мелкими камешками или семенами, что создает прослойку воздуха для дыхания червей.

После того, как червь заглатывает порцию земли, независимо от того, сделано это для питания или для прокапывания хода, он поднимается к поверхности, чтобы выбросить из себя землю. Выброшенная земля пропитана выделениями кишечника и вследствие этого становится вязкой. Высохнув, комочки экскрементов затвердевают. Выбрасывается земля червем не хаотично, а поочередно в разные стороны от входа в нору. Хвост при этом работает, как лопата. В результате вокруг входа в норку образуется своеобразная башенка из комочков экскрементов. Такие башенки у червей разных видов имеют разную форму и высоту.

А теперь давайте вернемся к вопросу, как же у червей так получается питаться ?

Как объясняют Банди и его коллеги, опавшая листва всех видов деревьев, кустарников и прочих растений содержит в себе огромное количество производных фенола и других токсинов, которые делают их практически несъедобными для всех травоядных насекомых и животных, так как они нарушают и замедляют их пищеварение.

Существует одно исключение из этого правила – обычные дождевые черви (Lumbricina), способные переваривать компост и иные формы перегноя и превращать его в гумус – основу любой плодородной почвы, придающей ей характерный черный или темный цвет. По этой причине Чарльз Дарвин и многие другие именитые биологи называли червей «пахарями природы» и самым важным организмом на Земле.

Ученые достаточно давно интересовались тем, как черви выработали эту способность и как она работает в биологическом плане, и теперь, благодаря открытию группы Банди, у них есть ответ на эти вопросы.

Банди и его коллеги совершили это открытие благодаря новой методике масс-спектрометрии MALDI, которая позволила им «просветить» содержимое желудков дождевых червей  и узнать химический состав буквально каждой молекулы, которая участвует в переваривании растительной биомассы в их желудках.

Плодом этих поисков стало открытие дрилодефенсинов – особых веществ, которые нейтрализуют молекулы фенолов и не дают им связаться с другими пищеварительными ферментами в кишечнике и желудке червей. По словам биологов, в своей эффективности эти вещества не уступают синтетическим нейтрализаторам фенолов, продаваемых на рынке.

Они действуют примерно так же, как стиральный порошок – их молекулы присоединяются к поверхности поедаемой листвы и реагируют с фенолами и прочими токсинами, нейтрализуя их до того, как они успевают соединиться с прочими пищеварительными ферментами.

По оценкам ученых, в почве всей континентальной Европы, в живущих в ней червях, содержится около миллиона тонн только одного из дрилодефенсинов. Оценить важность этого вещества в жизни червей можно по тому, что данные соединения не встречаются в гумусе – по всей видимости, кишечник извлекает и перерабатывает их из уже съеденной растительной массы.