Если вы увидите на своем кухонном столе одного из тысяч миллиардов муравьев планеты, это никогда не будет просто одно насекомое. Этот одинокий муравей обычно подает сигнал всей колонии, когда поблизости есть и пища, и опасность. Исследование, опубликованное 14 июня в журнале Cell, позволяет более детально изучить, как определенные запаховые маркеры, которые насекомые используют для общения друг с другом, активируют определенную часть мозга муравья, которая затем может изменить поведение всего гнезда.
"Люди - не единственные животные со сложными обществами и системами коммуникации", - сказал в своем заявлении соавтор исследования, нейробиолог из Университета Рокфеллера Тейлор Харт. "В ходе эволюции муравьи развили чрезвычайно сложные обонятельные системы по сравнению с другими насекомыми, что позволяет им общаться, используя множество различных типов феромонов, которые могут означать разные вещи".
Исследование показывает, что у муравьев, как и у людей, есть свои центры коммуникации в мозгу. Они могут интерпретировать феромоны, сигнализирующие об опасности, выделяемые другими муравьями, и их обоняние потенциально более развито, чем у других насекомых, таких как медоносные пчелы. Предыдущие исследования показали, что пчелы используют несколько участков мозга для координации действий в ответ на один-единственный феромон.
"Похоже, что в мозгу муравья есть сенсорный центр, в который поступают все вызывающие панику феромоны тревоги", - сказал в своем заявлении соавтор исследования, эволюционный биолог из Университета Рокфеллера Дэниел Кронауэр.
В этом исследовании команда изучала муравьев-клонов-рейдеров. Они использовали сконструированный белок под названием GCaMP для сканирования мозговой активности муравьев, которые были подвержены сигналам опасности. GCaMP прикрепляется к ионам кальция, которые затем вспыхивают при активности мозга. Затем флуоресцентное химическое соединение становится видимым на микроскопах высокого разрешения, приспособленных для их просмотра.
На этих снимках команда увидела, что лишь небольшая часть мозга муравьев загорается в ответ на сигналы опасности. Однако муравьи по-прежнему демонстрировали мгновенное и сложное поведение. Они назвали это поведение реакцией паники, поскольку муравьи эвакуировались из гнезда, спасались бегством или переносили свое потомство подальше от гнезда.
Виды муравьев, имеющие разные размеры колоний, также используют другие феромоны для передачи различных сообщений.
"Мы считаем, что в дикой природе размер колонии муравьев-клонов-рейдеров обычно составляет от десятков до сотен особей, что довольно мало для муравьиных колоний", - говорит Харт. "Часто эти маленькие колонии склонны к паническим реакциям в качестве сигнального поведения, потому что их главная цель - убежать и выжить. Они не могут рисковать большим количеством особей". Армейские муравьи, двоюродные братья муравьев-клонов-рейдеров, имеют огромные колонии - сотни тысяч или миллионы особей - и они могут быть гораздо более агрессивными".
Муравьи в колонии тщательно организуют себя по ролям и кастам, и муравьи в разных кастах и ролях в колонии также имеют небольшие различия в анатомии. Исследователи использовали клонированных муравьев-рабочих одного пола в рамках одной касты и роли для обеспечения последовательности. Наблюдая только за самками рабочих муравьев, было легче заметить широко распространенные закономерности.
По мере того, как команда получает более четкое понимание нейронных различий между ролями, полами и кастами муравьев, это может помочь им расшифровать, как различные мозги муравьев обрабатывают одни и те же сигналы опасности.