Анатомия суперорганизма: куколки муравьев выделяют жидкость в виде "молока" для выращивания молодых личинок

Жизнь в муравьиной колонии - это сплетение тонких взаимодействий между насекомыми, действующими согласованно, больше похожими на клетки в ткани, чем на независимые организмы, живущие в колонии. Теперь исследователи обнаружили ранее неизвестное социальное взаимодействие, которое объединяет колонию, связывая муравьев на разных стадиях развития — взрослые особи, личинки и куколки.

Исследование, , показывает, что куколки выделяют невиданную ранее жидкость, которую сразу же пьют взрослые особи и личинки. Здоровье всей колонии, по-видимому, зависит от своевременного потребления этой насыщенной питательными веществами жидкости - личинкам она нужна для роста, и, если взрослые особи и личинки не могут ее пить, куколки умирают от грибковых инфекций, поскольку жидкость накапливается вокруг них. “То, как муравьи используют эту жидкость, создает зависимость между различными стадиями развития”, - говорит доцент Стэнли С. (Stanley S.) и Сидни Р. Шуман (Sydney R. Shuman) из Рокфеллеровского университета. - Это просто показывает, в какой степени колонии муравьев действительно функционируют как единое целое”.

“Молоко” для личинок муравьев

Муравьи действуют в суете оживленной колонии, что создает трудности для исследователей, пытающихся наблюдать различные взаимодействия между муравьями, которые поддерживают бесперебойную работу колонии. “Эти взаимодействия лежат в основе понимания сообществ насекомых, но из-за присущих им проблем они не изучались систематически”, - говорит Орли Снир (Orli Snir), первый автор исследования и постдокторант в лаборатории Кронауэра. Чтобы вплотную заняться этой проблемой, Снир решил провести реинжиниринг муравьиной колонии, чтобы определить некоторые ключевые принципы, определяющие социальные взаимодействия. Для этого она удалила муравьев на разных стадиях развития из колонии и изучила, как социальная изоляция повлияла на насекомых.

Одной из первых вещей, которые она заметила, была жидкость, скапливающаяся вокруг изолированных куколок. Насекомые обычно не выделяют жидкость на стадии куколки, и такая жидкость также никогда не наблюдалась у муравьев. Эта жидкость была подвержена грибковым инфекциям, которые в конечном итоге убивали куколок. Только когда Снир вручную удалил жидкость, куколки дожили до зрелого возраста. Очевидно, что колония муравьев каким-то образом препятствовала накоплению куколочной жидкости.

Кронауэр, Снир и их коллеги провели эксперименты по отслеживанию красителя, чтобы выяснить, куда попадает жидкость, и, когда они обнаружили, что взрослые особи и личинки пьют ее, они начали исследовать состав жидкости и наблюдать, что происходит с муравьями, которые не принимали участие.

Исследователи обнаружили, что жидкость образуется в результате процесса, присущего всем насекомым, и называемым линькой, при котором насекомые сбрасывают свою старую кутикулу, чтобы расти. В то время как несоциальные насекомые перерабатывают жидкость для линьки, чтобы сохранить питательные вещества, куколки муравьев делятся ею со своими товарищами по гнезду.

Исследователи обнаружили, что жидкость богата питательными веществами, а также психоактивными веществами, гормонами и некоторыми компонентами, содержащимися в маточном молочке, которое пчелы приберегают для личинок пчелиной матки. И хотя муравьи всех возрастов, кажется, наслаждаются жидкостью, молодые личинки муравьев нуждаются в ней - те, кто лишен жидкости в первые четыре дня жизни, не могут расти, и многие в конце концов умирают.

“Первые несколько дней после вылупления личинки питаются жидкостью почти так же, как новорожденный питается молоком”, - говорит Кронауэр. “Взрослые также пьют его с жадностью, и, хотя неясно, что это делает со взрослыми, мы уверены, что это влияет на обмен веществ и физиологию”.

По словам Кронауэра, после проведения первоначального исследования на клональных муравьях-рейдерах команда Кронауэра обнаружила одно и то же общее явление среди каждого из пяти основных подсемейств муравьев, предполагая, что стратегия превращения жидкости для линьки в питательную сигнальную жидкость является высоко консервативной. “Вероятно, он развился когда-то, в начале эволюции муравьев или даже до эволюции муравьев”.

Анатомия суперорганизма

Колонию муравьев иногда называют суперорганизмом - единым целым, состоящим из множества организмов, работающих согласованно. Действительно, муравьи передают информацию, обмениваясь химическими сигналами способами, аналогичными тому, как клетки взаимодействуют в тканях. К ним относятся феромоны, которые часто передают кратковременную информацию, и социальные флюиды, которые потенциально могут вызвать долгосрочные метаболические и поведенческие изменения. Открытие социальной жидкости куколки и ее роли в соединении взрослых особей, куколок и личинок добавляет контекст к этому пониманию муравьиных колоний как взаимозависимых суперорганизмов.

“Социальный флюид куколки является движущей силой центральной и до сих пор игнорируемой сети взаимодействия в муравьиных сообществах”, - говорит Снир. “Это раскрывает новый аспект зависимости между личинками и куколками, а также куколками и взрослыми особями”.

В будущих исследованиях команда продолжит изучение влияния этой линяющей жидкости на внутреннюю работу колонии. Кронауэр особенно заинтересован в определении того, играет ли жидкость для линьки роль в определении касты личинок муравьев, и влияет ли она и как она влияет на поведение взрослых особей. “Это исследование лишь дает представление о сложных сетях взаимодействия сообществ насекомых”, - говорит Снир. “Наша долгосрочная цель - получить глубокое понимание нейронных и молекулярных механизмов, управляющих социальной организацией, и того, как эти механизмы эволюционировали”.

Источники:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05480-9

https://phys.org/news/2022-11-anatomy-superorganism-ant-pupae-secrete.html

https://www.youtube.com/watch?v=cTUEvWzQUUs

Источник: www.youtube.com

Комментарии: