Некоторые рабочие муравьи могут перепрограммировать свой мозг, чтобы стать царицами – и исследователи выясняют, как

Мозги животных пластичны, они могут изменять свою структуру и функции. Но некоторые муравьи доводят это до крайности. При некоторых условиях они могут превратиться из рабочего в муравейника, похожего на королеву, и ключом к этому изменению является единственная молекула.

Внутри подземного гнезда Х. сальтатор. Фото Берта Хёльдоблера.

В муравьиных колониях основная роль царицы – откладывать яйца, а рабочие – ну, работают. Колония муравьев может содержать более одной королевы, в зависимости от вида, но некоторые виды делают нечто еще более интригующее: у них есть муравьи, которые могут откладывать яйца, как королевы. Эти «фальшивые» королевы называются геймерскими воротами.

У большинства видов муравьев рабочие бесплодны, но у других, помимо маток, размножаются геймеры. У некоторых видов «нормальные» королевы полностью заменены геймерскими воротами. Но что заставляет рабочего стать геймером-кладезем яиц и как именно происходит этот процесс? Чтобы понять это, группа исследователей изучила муравьев вида под названием Сальятор Harpegnathos (или индийский прыгающий муравей).

«Геймергейты – это рабочие, которые взяли на себя социальную роль королев», – сказал ZME Science Роберт Бонасио из Медицинской школы Перельмана Университета Пенсильвании. Это «переключение» между социальными ролями, но также и физиологическое изменение. Хотя снаружи не наблюдается физических изменений, многие вещи действительно меняются внутри. «Например, у них увеличиваются яичники. Кроме того, их мозг в некоторой степени перестроен », – объясняет Бонасио.

Бонасио и его коллеги хотели понять, как включение или выключение определенных генов влияет на функцию и поведение мозга. Для этого исследователям пришлось изобрести способ изолировать нейроны муравьев от мозга муравьев и поддерживать их живыми в пластиковой посуде и искусственной культуральной среде. Это обычная практика для исследований на мышах и крысах, но для насекомых это намного сложнее. Однако доктор Янко Госпочич, первый автор исследования, сделал важное нововведение.

«Некоторое время Янко пытался создать питательную среду, делая экстракты куколок муравьев (то есть замораживая и гомогенизируя их), а затем добавляя их к культивируемым нейронам», – объясняет Бонасио. «Это оказалось невозможным из-за того, что требовалось огромное количество куколок. Затем у него был момент эврики. Он подумал, что, поскольку муравей и пчелы относительно близкие родственники, было бы неплохо заменить в рецепте куколки медоносной пчелы. О чудо, это сработало. Так что секрет здорового мозга муравьев – это замороженные пчелиные смузи! ».

Вооружившись этим методом, команда смогла изучить основные молекулярные механизмы, вызывающие это переключение. Они выделили два гормона (ювенильный гормон а также экдизон), которые присутствуют на разных уровнях в телах рабочих и геймеров. Эти гормоны, по-видимому, вызывают различные паттерны активации генов в головном мозге двух каст. Это было удивительно, говорит Бонасио, потому что исследователи ожидали найти один или несколько специальных факторов транскрипции (белок, который включает или выключают гены) у рабочих, а затем другой набор факторов транскрипции, активных только у геймеров. «Было интересно найти человека, который мог бы сыграть обе роли», – сказал Бонасио ZME Science.

Однако было неожиданно, когда исследователи обнаружили, что оба гормона влияют на клетки, активируя единственный белок под названием Kr-h1. Однако исследователи предупреждают, что это не единственный переключатель, который превращает рабочего в королеву или наоборот.

«Это не означает, что Kr-h1 – единственный белок, который регулирует кастовую принадлежность. Обычно это сложные вещи, и Kr-h1, вероятно, является одним из многих переключателей, которые контролируют социальный переход », – говорит Бонасио.

По словам Бонасио, трудно провести прямую линию от беспозвоночных к человеку, но исследователи могут опираться на это исследование, чтобы понять пластичность мозга и механизмы, которые управляют ею у разных типов животных.

«Пластичность, конечно, очень важна для любого мозга, в том числе нашего, и потеря пластичности имеет негативные последствия. Было бы очень интересно, если бы мы могли обнаружить, что белки и гормоны, сходные с теми, которые мы обнаружили у муравьев, также работают в мозге млекопитающих, и мы обязательно продолжим это направление исследований в будущем », – заключает Бонасио.

Ссылка на журнал: Янко Госпочич, Карл М. Гластад, Лихонг Шенг, Эмили Дж. Шилдс, Шелли Л. Бергер, Роберто Бонасио. Kr-h1 поддерживает отдельные кастоспецифичные нейротранскриптомы в ответ на социально регулируемые гормоны. Клетка, 2021; DOI: 10.1016 / j.cell.2021.10.006

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.