Генетически идентичные муравьи помогают раскрыть секреты судьбы личинок

Гены молодой особи — не единственный фактор, определяющий её судьбу. Важна и генетическая идентичность её воспитателей. Исследователи подозревают, что взаимодействие между ними может влиять на будущее молодого животного, но эту сложную динамику трудно зафиксировать в лабораторных условиях.

Исследователи социальных насекомых нашли решение. Даниэль Кронауэр из Рокфеллеровского университета и его коллеги развивают вид мелких муравьёв-кочевников (Cerapachys biroi) как модельный организм для изучения связи между генами, социальным поведением и эволюцией.

В двух недавних работах учёные сначала описали уникальную биологию этого муравья длиной 2,5 миллиметра. Затем, в сотрудничестве с Университетом Париж 13, они использовали его для изучения взаимодействия личинок с няньками и его влияния на репродуктивный успех молодых муравьёв во взрослом возрасте.

Муравьи-кочевники размножаются клонированием и живут в колониях численностью до нескольких сотен почти генетически идентичных рабочих особей. Это делает их идеальными для исследований того, как определённый генотип реагирует на разные условия. Лаборатория Кронауэра совместно с BGI China секвенировала геном этого муравья, что является важным шагом для проведения с ним экспериментов, аналогичных тем, что десятилетиями проводятся на классических модельных организмах, таких как мыши и плодовые мушки.

«Мы показали, что особи в колонии чрезвычайно близкородственны, фактически генетически идентичны. Это даёт нам точный контроль в экспериментах, потому что нам не нужно учитывать индивидуальную генетическую вариацию», — говорит постдок Питер Оксли.

Во втором исследовании команда под руководством Серафино Тесео использовала уникальные особенности биологии муравьёв, чтобы проверить косвенную роль генов в формировании будущего личинок и целых колоний. Они наблюдали за успехом двух клонов, A и B, в чистых колониях или смешанных (химерных) колониях, а также меняли расплод местами, чтобы взрослые особи A воспитывали личинок B, и наоборот.

Оказалось, что личинки A и B развивались по-разному в зависимости от того, няньками какого клона их воспитывали. В чистых колониях клон A производил больше всего потомства после шести поколений, то есть был успешнее B. Однако в смешанных колониях клон B оказывался успешнее, потому что его личинки чаще превращались в крупных взрослых особей, специализирующихся на откладке яиц, а не в более мелких, ориентированных на фуражировку.

Исследователи предполагают наличие косвенного генетического эффекта — социального влияния. Чтобы разобраться в этой динамике, они заставили взрослых особей одного клона воспитывать личинок другого. Снова клон B добился большего успеха, когда его воспитывали няньки из клона A, чем при любой другой комбинации.

Стратегия колонии B, которая в присутствии нянек из колонии A предпочитала размножение фуражировке, напоминает социальный паразитизм, когда один организм использует социальное поведение другого в своих интересах. «Это не значит, что B — формирующийся паразит. Это лишь показывает, что разрыв нормального взаимодействия между личинками и их почти идентичными взрослыми няньками выявляет наличие такого механизма», — говорит Кронауэр.

Исследование показывает, что у социальных видов одного лишь генетического набора недостаточно, чтобы предсказать социальное поведение. Взаимодействия между социальными партнёрами, например, личинками и их воспитателями, являются решающими факторами и могут приводить к неожиданным результатам.