Белок, который держит рабочих муравьев в строю, может также сделать их королевами

Муравьиная роялти может быть создана одним щелчком генетического переключателя.

Отредактировано 2023-15-06
рабочий муравей в агрессивной позе на белом фонеЭтот рабочий муравей просто не может дождаться, когда станет королевой.

Для большинства видов муравьев рождение в качестве рабочего муравья означает, что всю свою жизнь вы проведете на работе. Но у Harpegnathos saltator (известного также как прыгающие муравьи Джердона или индийские прыгающие муравьи) всегда есть надежда на возвышение. Если королева колонии погибает, рабочие сталкиваются со своими собратьями в схватке за право обладания короной. Все претенденты превращаются в "гамергатов" ("гам" рифмуется с "хам") - муравьев с качествами королевы.

Рабочие и королевы играют разные социальные роли в своих колониях. Массы рабочих находят пищу и борются с захватчиками, в то время как единственная королева рождает больше рабочих. Когда рабочие становятся гамергатами, их тело меняется, чтобы отразить их новую потенциальную роль - их ядовитые мешки уменьшаются, а яичники увеличиваются. Предыдущие исследования также показали, что превращение из рабочих в гамергатов сопровождается изменением размера мозга, изменением гормонов и увеличением продолжительности жизни в 5 раз. Но точный механизм, запускающий эти изменения, долгое время оставался загадкой. В новой статье в журнале Cell группа биологов и генетиков сообщает, что они разгадали ее. Переключение экспрессии всего одного белка, Kr-h1 (Krüppel homolog 1), в мозге муравьев достаточно, чтобы запустить каскад изменений и привести рабочего к королевству.

Работа Kr-h1 заключается в том, чтобы отвечать на команды двух гормонов - ювенильного гормона, который содержится в большей степени в рабочих особях, и гормона экдизона, который содержится в большем количестве в королевах. Дайте 10-дневному муравью больше ювенильного гормона, и Kr-h1 выключит гены, связанные с королевским поведением, и будет продвигать гены рабочих. Если дать муравью экдизон, то Kr-h1 будет действовать наоборот, поощряя поведение, подобное поведению королевы. Исследователи также обнаружили, что если удалить Kr-h1 из нейронов муравьев, то рабочие муравьи начинают вести себя больше как гамергаты, а гамергаты - как рабочие.

"Этот белок регулирует различные гены у рабочих и гамергатов и не дает муравьям проявлять "социально неприемлемое" поведение", - говорится в заявлении Шелли Бергер, биолога из Университета Пенсильвании. "Иными словами, Kr-h1 необходим для поддержания границ между социальными кастами и для того, чтобы рабочие продолжали работать, а гамергаты продолжали вести себя как королевы".

У этих муравьев Kr-h1 действует как переключатель между двумя состояниями. Но в будущем необходимо будет определить, как именно эти белки и гормоны влияют на конкретные формы поведения, сказала The Scientist нейробиолог из Фрибургского университета Адрия ЛеБёф, которая изучает социальных насекомых, но не принимала участия в работе. "Каким-то образом эти гормоны попадают в мозг, [но] мы не знаем, как они туда попадают", или почему только определенные гены реагируют на них, сказала она. Кроме того, важно понять, как эти пути влияют на яичники и другие ключевые части тела во время этих переходных процессов, добавила она.

Тем не менее, тот факт, что один и тот же белок глушит разные гены в мозге разных муравьиных каст и, по сути, контролирует эту сегрегацию, удивителен, сказал в своем заявлении Роберто Бонасио, молекулярный эпигенетик из Университета Пенсильвании и соавтор работы. "Мы думали, что эта работа будет поручена двум или более различным факторам, каждый из которых присутствует только в одном или другом мозге".

Основная идея заключается в том, что у муравьев есть все проводки для многочисленных поведенческих моделей, которые реализуются только в зависимости от того, какие гены активированы, сказал Бергер в том же заявлении. "Другими словами, роли доктора Джекила и мистера Хайда уже записаны в геноме; каждый может играть любую роль, в зависимости от того, какие генные переключатели включены или выключены".