Оказалось, что всего один ген изменяет статус муравья с «рабочего» до «королевского»
В зависимости от исхода социальных конфликтов, муравьи вида Harpegnathos saltator могут «переключаться» с рабочего на королевский статус, известный как геймергейт (нет, не тот, о котором вы подумали)
«Мозг животных пластичен; то есть они могут изменять свою структуру и функции в зависимости от окружающей среды», − рассказал Роберто Бонасио из Медицинской школы Перельмана Университета Пенсильвании. «Этот процесс, который также происходит в человеческом мозге − подумайте об изменениях в поведении в подростковом возрасте − имеет решающее значение для выживания, но молекулярные механизмы, которые его контролируют, изучены не до конца. Мы определили, что у муравьев ген Kr-h1 ограничивает пластичность мозга, предотвращая неправильную активацию генов».
В колонии муравьев рабочие поддерживают все сообщество, находя пищу и сражаясь с захватчиками, в то время как главная задача королевы − откладывать яйца. И тем не менее, одни и те же генетические инструкции порождают эти очень разные социальные роли и поведение. Изучая муравьев, Бонасио и его коллеги, в том числе Шелли Бергер из Пенсильванского университета, хотели понять, как включение или выключение определенных генов влияет на функцию и поведение мозга. Поскольку взрослые Harpegnathos могут переключаться с рабочего на геймера, они идеально подходят для таких исследований.
Чтобы изучить лежащие в основе молекулярные события, вызывающие такое переключение, исследовательская группа во главе с соавторами Янко Госпочичем и Карлом Гластадом разработала метод изоляции нейронов от муравьев и сохранения их в пластиковой лабораторной таре. Это позволило команде исследовать, как клетки реагируют на изменения в окружающей их среде, в том числе на уровень гормонов.
Эти исследования также указывают на то, что два гормона, ювенильный гормон и экдизон, которые присутствуют на разных уровнях в организме рабочих и королев, вырабатывают различные паттерны активации генов в мозге двух каст. Самым большим сюрпризом было то, что оба гормона влияли на клетки, активируя единственный белок Kr-h1.
«Этот белок регулирует различные гены у рабочих и геймеров и не дает муравьям вести "социально неприемлемое" поведение», − пояснил Бергер. «Другими словами, Kr-h1 необходим для поддержания границ между социальными кастами и для обеспечения того, чтобы рабочие продолжали работать, в то время как прошедшие геймергейт продолжают действовать как королевы».
Полученные данные раскрывают важную роль социально регулируемых гормонов и генной регуляции в способности мозга животных переключаться с одного генетического режима и социальной касты на другой. «Ключевой посыл заключается в том, что, по крайней мере, у муравьев в геноме одновременно заданы несколько моделей поведения, и что регуляция генов может иметь большое влияние на то, какое поведение этот организм осуществляет», − отмечает Бергер. «Другими словами, части и доктора Джекила, и мистера Хайда уже записаны в геном; каждый может играть любую роль, в зависимости от того, какие генные переключатели включены или выключены в данный момент».