Ученые выяснили, как муравьи выбирают, кем станут: воином или рабочим

Муравьи могут регулировать соотношение воинов и рабочих в своей колонии на основе текущих потребностей. Когда колония сталкивается с опасностью или требуется больше воинов для обороны, она может изменить питание личинок и куколок, чтобы выросло больше воинов. Если же муравьям не хватает еды, то появляется больше рабочих муравьев. Но как муравьи выбирают кем станут, точнее, как это работает на молекулярном уровне, оставалось загадкой. Решить эту проблему вызвались биологи из Пенсильванского университета США.

Несколько лет назад ученым удалось перепрограммировать муравьев-солдат в муравьев-рабочих. Тогда, проводя исследования гормонов у насекомых, они обнаружили, что если в мозг муравья ввести ювенильный гормон JH3, то это меняло поведение муравья. Вместо того, чтобы защищать колонию, он увлеченно начинал искать пищу. Что же влияет на уровень JH3 и как он регулируется, выяснено не было.

Изучив результаты своих коллег, ученые из Филадельфии занялись анализом генов и белков солдат и рабочих флоридских муравьев с целью выявить различия. В ходе исследования они обнаружили, что муравьи-солдаты имеют повышенный уровень особого белка под названием Cfjhe — фермента, предположительно нейтрализующего гормон JH3. Для проверки этого, ученые провели серию экспериментов с плодовыми мушками и муравьями. Они искусственно снизили уровень Cfjhe у муравьев, в результате чего муравьи-солдаты стали мирными искателями пищи, а повысив его у мушек, ученые увидели потерю у них интереса к еде.

Дальнейшие исследования биологов показали, что этот белок присутствовал исключительно в глиальных клетках, которые играют роль гематоэнцефалического барьера у муравьев — своего рода «фильтра» между гемолимфой (кровью) и мозгом. Этот барьер, как у насекомых, так и у млекопитающих, фильтрует вредные вещества, предотвращая их проникновение в нервную систему. Но, главной неожиданностью для ученых стало то, что он не просто фильтрует, как ранее считалось, а разрушает гормон JH3, то есть играет активную роль в регулировании уровня гормонов.

В поисках органа, вырабатывающего белок Cfjhe, ученые предположили, что раз он обнаруживается только в глиальных клетках, а это клетки внутри мозга, защищающие и питающие нейроны, то возможно мозг ответственен за этот фермент. Исследования это подтвердили, и биологи выдвинули теорию, как муравьи выбирают кем станут. Если колония вне опасности и у нее достаточно пищи, то сигналы, поступающие в мозг, заставляют производить умеренное количество белка Cfjhe и колония развивается по генетическому типу. Но как только этот баланс нарушается, то мозг, меняя уровень Cfjhe, перепрограммирует поведение муравья на воина или рабочего. Причем это происходит в любом возрасте.

В итоге ученые делают вывод, что это говорит о том, что влияние гормонов на социальное поведение очень велико и роль глиального и гематоэнцефалического барьера далека от понимания. Полученные результаты будут иметь значение в изучении не только насекомых, но и млекопитающих, так как, оказывается, все гораздо сложнее, чем предполагалось ранее и нужны новые исследования.

Источник: cell