Муравьи регулируют рост казалось бы «бесполезного» органа для создания огромных солдат

Учёные из Университета Макгилла нашли ответ на вопрос, который озадачивал Чарльза Дарвина. Если естественный отбор работает на уровне особи, борющейся за выживание и размножение, то как одна колония может производить рабочих муравьёв, настолько резко различающихся по размеру — от «минорных» рабочих с маленькими головами и телами до солдат с крупными головами и огромными мандибулами — особенно если они, как в роде Pheidole, стерильны?

Ответ, согласно статье в Nature, заключается в том, что сама колония генерирует солдат и регулирует баланс между солдатами и «минорными» рабочими благодаря казалось бы неважному рудиментарному «органу», который появляется лишь ненадолго на финальных стадиях развития личинки. И только у тех муравьёв, которые станут солдатами.

«Это было совершенно неожиданное открытие. Люди замечали, что во время развития солдат появляется и затем исчезает казалось бы бесполезный рудиментарный "орган". Но они предполагали, что это просто побочный эффект гормонов и питания, ответственных за превращение личинок в солдат», — говорит Эхаб Абухейф, старший автор статьи.

Первый автор Раджендран Раджакумар добавляет: «Мы обнаружили, что эти рудиментарные "органы" не являются побочным эффектом гормонов и питания, а, напротив, ответственны за генерацию солдат. Именно их временное присутствие регулирует быстрый рост головы и тела солдат».

Теперь видишь, теперь нет

Абухейф изучал крылья у муравьёв в течение двадцати трёх лет. Его заинтересовала функция имагинальных дисков крыльев, которые появляются транзиторно на финальных стадиях развития личинок у солдат, хотя сами солдаты никогда не развивают крылья.

Он и его команда провели девять лет в лаборатории, используя различные методы (хирургические и молекулярные), чтобы удалять части рудиментарных дисков крыльев у личинок солдат в широко распространённом и очень разнообразном роде Pheidole. Они обнаружили, что это влияет на рост головы и тела. Учёные смогли масштабировать размер солдат, удаляя разные части имагинальных дисков крыльев, с соответствующим уменьшением размеров голов и тел. Это стало явным подтверждением, что рудиментарные диски крыльев играют решающую роль в развитии солдат.

Солдаты поддерживают баланс в колонии

Исследователи также обнаружили, что колония в целом поддерживает баланс между солдатами и минорными рабочими, регулируя рост рудиментарных дисков крыльев у личинок.

Ранее было показано, что соотношение «минорных» рабочих к солдатам остаётся постоянным во всех колониях рода Pheidole: 90–95 % «минорных» рабочих к 5–10 % солдат. Команда из Макгилла выяснила, что солдаты поддерживают это соотношение, останавливая рост рудиментарного диска крыла с помощью ингибирующего феромона, когда солдат становится слишком много.

Однако колония может очень быстро увеличить число солдат, если она находится под угрозой или их количество по какой-то причине упало, потому что рудиментарные диски крыльев, играющие такую важную роль в регуляции числа солдат, появляются только на финальных стадиях развития личинки.

Более важная роль для всех рудиментарных органов, чем предполагалось?

На основе открытия своей команды у муравьёв Абухейф предполагает, что рудиментарные органы могут играть гораздо большую роль в развитии организма, чем ранее представлялось.

«До сих пор люди предполагали, что эти органы просто служат доказательством эволюции и общего происхождения, упуская из виду их текущие функции. Теперь, когда мы знаем о решающей роли рудиментарного диска крыла в колониях муравьёв Pheidole, это означает, что нам придётся вернуться и взглянуть на другие рудиментарные органы в том же свете. Кто знает, что учёные обнаружат?»