Муравьи-мутанты помогли понять эволюцию социального поведения

Муравьи организуются в группы по очень специфическим заданиям: поиску пищи, защите от хищников, строительству тоннелей и т. д. Для всего требуются очень хорошие координация и коммуникация. Чтобы изучить эволюционные корни этой удивительной системы, исследователи Рокфеллеровского университета впервые генетически модифицировали муравьев, изменив ген, ответственный за рецепцию феромонов (это вещества, продукты секреции, которые муравьи используют для химической коммуникации между собой).

По словам Даниэля Кронауэра (Daniel Kronauer), ведущего специалиста Лаборатории для изучения социальной эволюции и поведения (Laboratory of Social Evolution and Behavior), результаты исследования показывают, что способ взаимодействия муравьев между собой фундаментально отличается от способа коммуникации одиночных организмов; благодаря исследованию ученые лучше понимают, каким образом шла генетическая эволюция, позволившая муравьям создать структурированные сообщества.

Самыми важными для муравьиной коммуникации являются углеводороды (класс феромонов). Их сигналы определяются с помощью пористых чувствительных волосков на антеннах насекомых, которые содержат специальные обонятельные рецепторы, распознающие вещества и пропускающие сигнал к мозгу.

Ooceraea biroi

Исследование показывает, что группа генов (9-exon-alpha ORs), связанная с обонятельными рецепторами, у муравьев вида Ooceraea biroi ответственна за восприятие углеводородов. Тогда ученые проанализировали геномы близких к муравьям насекомых, чтобы установить, где эта генетическая группа появляется в эволюции вида. И обнаружили, что в данном гене за относительно небольшой период произошла сильнейшая дупликация: так, у пчел — от одной до трех его копий, тогда как у Ooceraea biroi — около 180. Сильное развитие данной группы генов коррелировало с эволюцией комплексного социального поведения: таким образом, ученые предполагают, что именно дупликация обонятельных рецепторов была необходимой для становления сложного муравьиного взаимодействия.

Муравьи обычно путешествуют по одному колонной, «ощущая» путь по феромонам, оставленным ползущими впереди. С помощью цветовой маркировки и алгоритма, анализирующего движение, ученые обнаружили, что, помимо других поведенческих аномалий, муравьи-мутанты не могут идти колонной. Это показывает, что обонятельные рецепторы необходимы для нахождения феромонов и, следовательно, для социальной организации.

Кроме того, как отмечают исследователи, отсутствие таких рецепторов меняло и форму муравьиного мозга.

По словам Кронауэра, благодаря данному открытию перед учеными открылся целый новый мир для исследования.

Научная работа была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.