Ферментный призыв

Разделение муравьёв на воинов и работяг определяет единственный фермент

За всё многообразие поведения муравьев – от агрессивного противостояния захватчикам до методичного сбора пропитания – отвечают всего пять нейронов «мозга». А изменение концентрации лишь одного вещества способно заставить воинственных гигантов начать помогать малышам-рабочим.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "click": "on",
    "id": "2965030",
    "incutNum": 1,
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_2968819_i_1"
}

Социальные животные, в особенности насекомые, иногда напоминают один большой организм, частички которого, как и клетки нашего тела, поровну разделили исполняемые функции. Как и клетки нашего тела, они необратимо встают на специфический путь развития, определяемый как генами, так и стимулами внешней среды. В случае с маткой, оплодотворяющими её трутнями-самцами и остальными рабочими все определяется числом хромосом. А вот разделение обязанностей между генетически одинаковыми организмами, например, рабочими-добытчиками и рабочими-защитниками, до недавнего времени оставалось для ученых загадкой.

Как выяснили Кристоф Лукас и Марла Соколовская из Университетов Лозанны и Торонто,

причина этих отличий в активности всего одного гена – PKG, состояние которого и определяет поведение муравьев.

Не случайно, что авторов публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences заинтересовал именно этот ген: в случае с дрозофилами именно его модификации определяют «жизненную позицию» личинок. Так называемые rover-личинки больше передвигаются и меньше едят, а sitter-личинки гораздо менее своих rover-собратьев склонны к приключениям и подвигам.

Однако для муравьёв дело не может быть в модификации гена – у исследованных Соколовской и Лукасом муравьёв Pheidole pallidula она всего одна. Для них определяющими становятся активность гена и концентрация образующегося продукта, белка под названием цГМФ-зависимая протеинкиназа (PKG). Этот фермент участвует в многочисленных внутриклеточных каскадах, в том числе и в нервных клетках «головного мозга», и его концентрация становится ключевой для выбора схемы поведения.

При повышенном уровне PKG военная каста переходит к активным боевым действиям, а рабочие перестают собирать пищу. Если же PKG снижается, то солдаты даже начинают помогать своим маленьким собратьям с добычей пропитания для колонии.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "click": "on",
    "id": "2937031",
    "incutNum": 2,
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "uid": "_uid_2968819_i_2"
}

Первые отличия между солдатами и рабочими появляются уже на стадии личинок – в зависимости от потребностей колонии их кормят разными продуктами, что приводит к внутренним гормональным перестройкам, заканчивающимся появлением принципиально отличающихся насекомых. Мощные, крупные, с большими головами и челюстями воины совершенно не сопоставимы с маленькими работягами, специализирующимися на поиске пищи, строительстве колонии и воспитании потомства.

Но стоило Соколовской дать обеим кастам препарат, поднимающий уровень PKG, как рабочие тут же переставали интересоваться едой, а воины куда агрессивнее встречали потенциальных конкурентов. При снижении же уровня PKG в пяти крупных нейронах в головном мозге воины даже начинали помогать рабочим нарезать червя на части, чтобы его можно было дотащить до лагеря. Впрочем, трудяги не начинали воевать даже при сильных молекулярных изменениях – куда им с их размерами-то.

Пути влияния на генетическую систему PKG пока остаются невыясненными, равно как и сигнальные системы, контролирующие поведение муравьев на масштабе всей колонии.

Этот, казалось бы, исключительно натуралистский феномен имеет и «человеческое» применение.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "click": "on",
    "id": "2886978",
    "incutNum": 3,
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_2968819_i_3"
}

Отличия в гене PKG связаны с сезонным аффективным расстройством, при котором масса тела может меняться на несколько десятков килограмм в течение года.

Так что муравьи могут стать неплохой моделью для разработки новых препаратов. Кроме того, полученные данные добавляют уверенности в том, что мишень для борьбы с сезонным перееданием находится где-то в мозге и основная проблема — именно в доставке к ней препаратов.