Биологи выяснили, что возбудителем истощающей болезни морских звезд, вспышка которой с 2013 года погубила миллиарды этих иглокожих у тихоокеанского побережья Северной Америки, является бактерия Vibrio pectenicida. Ранее она была известна как патоген личинок двустворчатых моллюсков. Как отмечается в статье для журнала Nature Ecology & Evolution, вероятно, в благоприятной среде морские звезды выдерживают присутствие V. pectenicida в своем организме; но в стрессовых условиях, например, при повышении температуры воды, их иммунная система перестает справляться, что приводит к развитию болезни и скорой гибели.
В 2013 году вдоль западного побережья Северной Америки начали массово погибать морские звезды. Они становились жертвами так называемой истощающей болезни морских звезд (sea star wasting disease, SSWD). Иглокожие переставали питаться, демонстрировали вялое поведение, покрывались белыми пятнами и приобретали сдутый вид из-за повреждения амбулакральной системы, а их лучи скручивались и отваливались. В конце концов заболевшие особи распадались на части и умирали. Истощающая болезнь затронула морских звезд более чем 20 разных видов. Однако сильнее всего пострадали
Морские звезды-подсолнухи достигают метрового диаметра и отращивают до 24 лучей.
морские звезды-подсолнухи (Pycnopodia helianthoides), в прошлом широко распространенные от Мексики до Аляски. По оценкам зоологов, в общей сложности погибли несколько миллиардов представителей этого вида. В южной части ареала они практически исчезли, а в северной их популяция сократилась на 87 процентов. Это привело к серьезной экологической проблеме: растительноядные морские ежи Strongylocentrotus purpuratus, численность которых ранее контролировали охотившиеся на них морские звезды-подсолнухи, сильно размножились и съели большую часть кельповых лесов, некогда процветавших вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки и служивших домом для множества видов.
Истощающая болезнь морских звезд была известна зоологам и прежде: ее локальные вспышки фиксировались в разных частях Мирового океана с 1970 годов, хотя ни одна из них и близко не достигала масштабов эпизоотии, начавшейся в 2013 году на северо-востоке Тихого океана. Тем не менее природа этого заболевания до сих пор оставалось неясной. Некоторое время ученые предполагали, что возбудителем истощающей болезни является ассоциированный с морскими звездами денсовирус — но результаты экспериментов и анализ молекулярных данных опровергли эту гипотезу. Согласно другой версии, ключевую роль в массовой гибели морских звезд вдоль западного побережья Северной Америки сыграла не инфекция, а аномально высокая температура воды, которая держалась на северо-востоке Тихого океана с 2013 по 2016 год.
Команде биологов под руководством Мелани Прентис (Melanie B. Prentice) из Университета Британской Колумбии удалось установить причину массовой гибели морских звезд. Начиная с 2021 года исследователи провели серию лабораторных экспериментов, в ходе которых пытались заразить истощающей болезнью здоровых морских звезд-подсолнухов, пойманных у берегов штата Вашингтон или выращенных в неволе. В частности, этим иглокожим делали инъекции целомической жидкости или гомогенизированных тканей, полученных от их больных сородичей. В подавляющем случае это приводило к заражению и гибели прежде здоровых морских звезд. Однако если подопытным особям вводили целомическую жидкость или гомогенат тканей, подвергнутые тепловой обработке или пропущенные сквозь фильтр с толщиной пор 0,22 микрометра, они не заболевали. Это указывало, что возбудитель истощающей болезни имеет клеточную природу.
Затем Прентис и ее коллеги изучили сообщества микроорганизмов в целомической жидкости подопытных морских звезд. В выборку вошли особи, которые заразились истощающей болезнью в ходе экспериментов, и их сородичи из числа тех, что остались здоровыми. Метатранскриптомный анализ показал, что в целомической жидкости всех заболевших морских звезд присутствуют бактерии Vibrio pectenicida. В то же время ни в одном из образцов здоровых морских звезд этих микроорганизмов выявлено не было. Таким образом, V. pectenicida с высокой вероятностью связан с истощающей болезнью. Анализ генов, кодирующих 16S рРНК, позволил уточнить этот вывод. Гены V. pectenicida были обнаружены в 62,5 процента образцов, полученных от здоровых особей, но их доля среди генов других бактерий составляла менее одного процента. Для сравнения, у зараженных особей гены этого микроорганизма были выявлены во всех образцах, а их доля среди генов других бактерий достигала 23-99 процентов. Судя по всему, в благоприятной среде морские звезды могут переносить незначительное присутствие V. pectenicida в своем организме, не болея, но когда условия — например, повышение температуры воды — благоприятствуют росту патогена или снижают иммунитет хозяина, у этих иглокожих развивается истощающая болезнь.
Взяв образцы целомической жидкости у двух зараженных морских звезд, исследователи смогли культивировать V. pectenicida в чашках Петри. Дополнительный генетический анализ выращенных в лаборатории образцов подтвердил, что видовая принадлежность этих микроорганизмов была определена верно. Кроме того, он указал на их родство со штаммом V. pectenicida Ifremer A365 — патогеном личинок большого гребешка (Pecten maximus). Когда образцы культивированных бактерий вводили здоровым морским звездам, у них развивалась истощающая болезнь и они умирали (однако этого не происходило, если образцы подвергали термической обработке). При этом у особей, которые получали высокие дозы патогена, заболевание протекало быстрее, чем у их сородичей, получавших низкие дозы.
На финальном этапе исследования Прентис и ее коллеги изучили образцы целомической жидкости, взятые у диких морских звезд-подсолнухов с пяти участков во фьордах Британской Колумбии в течение 2023 года. В мае ни на одном из этих участков особей с признаками истощающей болезни обнаружено не было. А анализ 16S rRNA не выявил присутствия V. pectenicida в образцах, соответствующих этому периоду. Однако к октябрю того же года на двух из этих точек произошла вспышка истощающей болезни. В целомической жидкости большинства морских звезд — как заболевших, так и еще здоровых — с пострадавших участков исследователи выявили присутствие V. pectenicida. У особей с незатронутых участков гены этих бактерий нашлись лишь в 16 процентах образцов — причем их доля среди генов других бактерий составляла менее процента. Наконец, когда авторы повторно изучили данные, собранные во время первой вспышки истощающей болезни на юго-востоке Аляски в 2016 году, они также обнаружили в образцах присутствие V. pectenicida на затронутых участках.
Результаты экспериментов и анализа собранных в природе образцов продемонстрировали, что возбудителем истощающей болезни морских звезд является бактерия V. pectenicida. По словам исследователей, вероятно, их предшественникам не удавалось выявить патоген, стоящий за этим заболеванием, поскольку он присутствует и у некоторых внешне здоровых особей. Авторы надеются, что их открытие позволит эффективнее реагировать на вспышки истощающей болезни, сократить потери среди морских звезд и даже восстановить их численность за счет выявления, разведения и реинтродукции в природу устойчивых к инфекции особей.
Несколько лет назад мы рассказывали, как ученые установили причину гибели 35 саванных слонов (Loxodonta africana) в Зимбабве в 2020 году. Оказалось, что животные умерли из-за сепсиса, который вызвала грамотрицательная бактерия, относящаяся к так называемому таксону Бисгаарда 45. Вспышку инфекции могли спровоцировать жаркая погода, засуха и высокая плотность поголовья слонов.