Ученые нашли у муравьев «переключатель» между рабочим и королевой

Исследователи обнаружили, что у муравьев за репродуктивный статус особи в колонии отвечает единственный ген, кодирующий инсулин-подобный пептид второго типа (ILP2). У королев, которые откладывают яйца, в мозге наблюдается повышенная экспрессия этого пептида, а у рабочих, которые выкармливают личинок, — напротив, пониженная. Когда рабочим муравьям вводили синтетический аналог пептида, они начинали откладывать яйца. Ученые также выяснили, что концентрация пептида регулируется сигналами, поступающими от личинок. Статья с результатами исследования опубликована в Science.

Муравьи относятся к эусоциальным насекомым, и у большинства видов в колонии репродуктивные функции возложены на одну или несколько маток (королев), в то время как рабочие особи занимаются коллективным уходом за потомством и не размножаются. Ученые считают, что в процессе эволюции такая форма организации колонии появилась из субсоциальной формы, для которой характерны смена репродуктивной фазы и фазы кормления у множества особей (такая организация сейчас наблюдается, например, у ос).

Немногочисленные виды муравьев, в частности, Ooceraea biroi, вторично вернулись к субсоциальной организации колонии — у них нет королев, а размножением занимаются так называемые эргатоидные самки — промежуточные формы между рабочими и королевами, для которых наблюдается смена фаз репродукции и кормления личинок.

Исследователи из лаборатории социальной эволюции университета Рокфеллера (Нью-Йорк, США) обнаружили, что репродуктивный статус особи зависит от экспрессии инсулин-подобного пептида ILP2 в промежуточном отделе «мозга». Дифференциальная экспрессия гена, кодирующего этот пептид, который по функциям аналогичен инсулину, была обнаружена при анализе РНК в «мозге» у семи видов муравьев, как истинно эусоциальных, так и лишенных королев. Из более чем пяти тысяч генов только экспрессия ILP2 четко различалась у репродуктивных и рабочих особей, причем у первых она была существенно выше.

Чтобы выяснить, как ILP2 влияет на статус особи, исследователи обратились к Ooceraea biroi и обнаружили, что концентрация пептида в мозге также меняется в зависимости от фазы социального цикла. Оказалось, что в присутствии личинок, которых нужно кормить, экспрессия ILP2 у самок падает, и яичники редуцируются. При удалении личинок из колонии концентрация ILP2 начинала возрастать, и в яичниках у самок начиналась продукция яиц. Отсюда ученые сделали вывод, что способность к репродукции подавляется сигналами, поступающими от личинок, через подавление экспрессии ILP2. Если же кормящим особям вводили синтетический аналог инсулина, вне зависимости от присутствия в колонии личинок у них начиналась продукция яиц.

Авторы исследования предположили, что в процессе перехода от субсоциальности к истинной эусоциальности некоторые особи, которые лучше питались и соответственно, продуцировали больше инсулина, потеряли чувствительность к ингибиторным сигналам, поступающим от личинок. Взамен они приобрели способность постоянно размножаться и сформировали касту королев. Остальные особи в колонии, соответственно, потеряли способность к размножению из-за постоянного присутствия личинок и сформировали касту рабочих.

В предыдущих исследованиях на муравьях из рода Dinoponera исследователи не смогли идентифицировать конкретные гены, отвечающие за «карьеру» насекомых, и предположили, что она определяется сетью взаимодействий между генами. Кроме того, ранее исследователи показали наличие особых «социальных» хромосом, которые определяют количество королев в колонии.

Дарья Спасская