Почему исключительно плодовитые царицы термитов живут долго

Обычно в животном мире действует правило: много потомства означает короткую жизнь, а низкая плодовитость связана с долголетием. Однако социальные насекомые, похоже, могут избежать этой участи. Как им это удаётся, выяснила исследовательская группа из Института зоологии Фрайбургского университета на примере вида термитов Macrotermes bellicosus.

"Царицы Macrotermes — самые репродуктивно успешные наземные животные", — говорит биолог проф. д-р Юдит Корб. Царицы термитов непрерывно откладывают около 20 000 яиц в день и при этом достигают возраста до 20 лет. Рабочие особи этого вида имеют тот же геном, что и царица, но бесплодны и живут всего несколько месяцев. Юдит Корб вместе со своим аспирантом Даниэлем Эльснером и д-ром Карен Мойземан нашла ключ к разгадке, почему царица и царь — в отличие от рабочих — практически не стареют. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Суперорганизм в симбиозе

Macrotermes bellicosus обитает в саванне Западной Африки и строит метровые курганы. Их общество с разделением труда привело к концепции суперорганизма: царица и царь отвечают за размножение, солдаты защищают колонию, рабочие строят курган и собирают траву и листья для выращивания гриба в специальных "садах". Гриб разлагает сложные растительные соединения, концентрируя азот — важное питательное вещество для термитов, ограничивающее рост колонии при нехватке.

Чтобы раскрыть секрет долгой жизни, команда сравнила активную генетическую информацию (экспрессию генов) у молодых и старых особей отдельно для цариц, царей и рабочих. "Результат нас очень удивил, — сообщает Корб. — Мы обнаружили почти никаких различий между старыми и молодыми особями у цариц и царей, но у рабочих они были огромными". У цариц и царей, различавшихся по возрасту на пять лет, лишь горстка генов была регулируема иначе, и это не было связано со старением. В то же время у рабочих, которые были всего на несколько месяцев старше, тысячи генов экспрессировались иначе по сравнению с молодыми. В отличие от цариц и царей, многие из этих активных генов у старых рабочих были так называемыми транспозонами ("прыгающими генами"). Они реплицируются независимо от остального генома, встраиваются в разные его участки и могут вызывать дефекты, например, инактивируя другие гены. "Известно, что прыгающие гены могут быть связаны со старением. Но вопрос: почему они неактивны у цариц и царей?"

Обезвреживание прыгающих генов

Результаты предполагают, что объяснение даёт концепция суперорганизма. В многоклеточном организме за размножение отвечает зародышевая линия. Прыгающие гены нанесли бы здесь большой ущерб, сделав потомство нежизнеспособным. Поэтому в клетках зародышевой линии существуют сигнальные пути, обезвреживающие такие гены. "Мы обнаружили, что "piRNA сигнальный путь" подавлен у старых рабочих Macrotermes bellicosus, но не у царицы и царя", — говорит Корб. Аналогия сохраняется: в суперорганизме царица и царь берут на себя роль зародышевой линии, которая должна иметь как можно меньше генетических дефектов. Рабочие же представляют другие клетки тела, которые можно заменить и которым "позволено" стареть. Содержание активного piRNA сигнального пути постоянно во всех клетках организма или во всех особях колонии было бы, вероятно, слишком энергозатратно.

На следующем этапе команда планирует эксперименты, чтобы выяснить, является ли обнаруженная связь причинно-следственной. "Мы подавим piRNA сигнальный путь у цариц в лаборатории и ожидаем, что они тогда тоже начнут стареть", — объясняет Корб. Исследователи также хотят изучить виды термитов, живущих в менее сложных обществах, чтобы проверить одну из своих ключевых гипотез: "Чем более социальным является вид и, как следствие, чем сильнее в нём разделение труда, тем лучше ему удаётся избежать негативной связи плодовитости и продолжительности жизни".