Согласно новому исследованию, от активации одного белка зависит: станут ли муравьи низкоуровневыми рабочими или репродуктивными королевами. Исследование было опубликовано в журнале Cell.

В большинстве видов муравьев каждая особь от рождения принадлежит к определенной касте; “социальных лифтов” не существует. Но прыгающий муравей Джердона (Harpegnathos saltator) отличается от остальных. Когда королева этого вида умирает, рабочие в колонии сражаются за право занять ее место. Муравьи, которые в конечном итоге побеждают, становятся так называемыми «геймергейтами». Оставив работу по добыче пищи, они вместо этого командуют другими муравьями и тратят свое время на размножение и откладывание яиц, по сути принимая роль королевы.

Предыдущие исследования показали, что переход к статусу «геймергейта» сопровождается изменениями в мозге муравья, которые включают в себя разные экспрессии генов, разные уровни гормонов и другой клеточный состав.

Правящие муравьи живут примерно в пять раз дольше, чем муравьи-рабочие. Но что именно запускает такое невероятное увеличение среднего возраста? До сих пор это оставалось загадкой.

«Мозг животных пластичен — он может изменять свою структуру и функции в зависимости от окружающей среды, — объясняет молекулярный биолог Роберто Бонасио из Университета Пенсильвании (США). — Этот процесс, который также происходит в человеческом мозге — подумайте об изменениях поведения в подростковом возрасте — имеет решающее значение для выживания, но молекулярные механизмы, которые его контролируют, до конца не изучены».

Для дальнейшего изучения идеи пластичности мозга Бонасио и его коллеги провели серию экспериментов над прыгающими муравьями Джердона, в процессе которых нейроны муравьев подвергались воздействию различных гормонов.

Команда сосредоточила свое внимание на двух гормонах: ювенильном гормоне III (JH3) и экдистероидном гормоне 20-гидроксиэкдизоне (20E). Считается, что оба они регулируют социальное поведение муравьев и некоторых других социальных насекомых, таких как пчелы.

Исследователи обнаружили, что, если в мозг муравьев ввести аналог JH3, это снижает их охотничью активность. А гормон 20E стимулирует активацию яичников. Выделив определенные нейроны в мозгу муравьев, исследователи более подробно проверили, как этот механизм может работать в лаборатории.

Оба социальных гормона в конечном итоге, по-видимому, влияют на нейроны муравьев, активируя единственный белковый фактор, известный как гомолог Крюппеля 1 (Kr-h1). Kr-h1 похож на переключатель света, а гормоны — это пальцы, которые включают или выключают либо состояние мозга рабочего, либо геймергейта. Если белок Kr-h1 полностью удалить из нейронов муравьев, то их поведение резко меняется: муравьи-гемергейты (“королевы”) действуют как рабочие, а рабочие-муравьи — как геймергейты.

Итак, выяснилось, что в геноме муравья записано несколько возможных вариантов поведения, а регуляция генов влияет на то, какое в конечном итоге возобладает. «Другими словами, — говорит эпигенетик Шелли Бергер из Университета Пенсильвании, — обе части, и доктор Джекил, и мистер Хайд, уже записаны в геноме; каждый может играть разные роли, в зависимости от того, какие генные переключатели включены или выключены.»

Теперь авторы исследования хотят выяснить роль Kr-h1 в организмах других социальных животных, имеющих похожие неврологические гормоны.