Вчені з Університету Пенсильванії дослідили гормональні зміни у мозку мурах Harpegnathos saltator з метою встановити, чому деякі із них здані при втраті справжньої королеви брати на себе її функції. У статті, опублікованій у Cell вони стверджують, що усе регулюється усього одним фактором транскипції, який в залежності від особини, здатен «вимикати» як функцію розмноження, так і функцію пошуку їжі.

Стрибаючі мурахи Harpegnathos saltator

Harpegnathos saltator відносяться до стрибаючих мурах. Вони один з декількох видів цих колоніальних комах, представники яких здатні здійснювати високі стрибки. Але цікаві вони не цим, а тим, що різниця між королевами та робочими особинами у них мінімальна. Робочі самиці зберігають цілком функціональну систему розмноження, але у більшості випадків вона лишається неактивною. Зміни починаються, коли з якихось причин королева колонії гине. У цьому випадку серед решти мурах починаються дуелі. При цьому більша частина робочих особин швидко втрачає до них інтерес, але деякі особини, які звуться гамергатами після цих дуелей змінюють свою поведінку.

Гамергати перестають шукати їжу і замість цього починають спаровуватися із самцями та відкладати яйця. Крім того, гамергати живуть у п'ять разів довше,ніж робочі особини. Тобто фактично вони заміняють собою королеву. Як і чому це відбувається досі лишається для науковців загадкою, але принаймні частину цієї загадки вдалося розгадати у новому дослідженні.

Гормони у мозку мурах

Більш ранні дослідження Harpegnathos saltator показали, що у організмах робочих особин та гамергатів існує суттєва різниця у рівнях ювенільного гормону ІІІ (JH3) та 20-гідроксиедікозону (20Е). У новому дослідженні комбінувалися експерименти із мурахами та вирощування культур їхніх мозкових тканин «у пробірці». Було доведено, що саме високий рівень JH3 призводить до фуражної поведінки у робочих особин Harpegnathos saltator. Водночас у гамергатів цього виду спостерігається підвищений рівень 20Е.

Той самий висновок було отримано і при вирощуванні культур мозкових тканин мурах при наявності одного з гормонів. За своєю структурою два зразки майже не відрізнялися, однак у того з них, що вирощувався за наявності JH3 виявилося значно менше рецепторів до 20Е, у той час, як у другому зразку усе було навпаки. Тобто гормони JH3 та 20Е є антагоністами один-одного і саме їх співвідношенням визначається поведінка комахи.

Але ще залишалося питання про те, як регулюється вироблення того чи іншого гормону. І тут дослідники звернули увагу на фактор транскрипції Kr-h1. Цей білок, що здатен блокувати зчитування певних ділянок ДНК при синтезі РНК вже був помічений у здатності регулювати поведінку деяких перетинчастокрилих комах. Дослідження показали, що в організмах гамергатів Kr-h1 Harpegnathos saltator блокує синтез тих білків, що відповідають за функціонування мурахи як робочої особини. Водночас цей самий фактор транскрипції в організмах робочих особин блокує синтез тих білків, що відповідають за розмноження. Тобто фактично Kr-h1 може виступати блокатором як JH3, так і 20Е, перекриваючи для організму комахи шлях до альтернативного способу життя.

Нерозгадані загадки

Дослідники так і не змогли встановити причину того, чому в організмі гамергатів та робочих особин Kr-h1 блокує різні ділянки ДНК і, як наслідок, синтезуються різні білки. Як вже було сказано, цей фактор транскрипції тісно пов'язаний із поведінкою комах, але як само – лишається невідомим. Поки що у дослідників є дві версії того, як один і той самий фактор транскрипції може по різному діяти у різних організмах.

За першою з версій в організмах гамергатів та робочих особин існують різні ізоформи Kr-h1. Про ізомерію цього білку ми практично нічого не знаємо, крім того, що вона існує. І різні ізоформи цілком можуть блокувати різні білки. Друга версія полягає у тому, що у мозку гамергатів присутній зовсім інший набір рецепторів до Kr-h1, які зв'язуються із зовсім іншими його ділянками. При цьому ці дві версії також можуть поєднуватися між собою, тобто в організмі різних каст Harpegnathos saltator різні ізоформи Kr-h1 можуть з'єднуватися із різними типами рецепторів, що призводить до формування різної поведінки.