Сигнал смертельной инфекции от расплода муравьёв приводит к альтруистическому самопожертвованию

Исследователи из Института науки и технологий Австрии (ISTA) обнаружили, что терминально больной расплод муравьёв (куколки) выделяет запах, сигнализирующий о неминуемой смерти и риске заражения для колонии. Эта сложная система раннего предупреждения позволяет быстро обнаруживать и удалять патогенные инфекции.

Исследование опубликовано в Nature Communications.

Когда куколка сталкивается с неизлечимой инфекцией, она активно испускает сигнал тревоги. Рабочие муравьи, получив сигнал, быстро реагируют: распаковывают терминально больную куколку из кокона, создают небольшие отверстия на поверхности её тела и наносят свой антимикробный яд — муравьиную кислоту, которая действует как самоизготовленный дезинфектант. Это лечение немедленно убивает патогены внутри куколки, но также приводит к её гибели.

Этот акт самопожертвования выгоден и самой сигнализирующей особи: он защищает её сородичей, с которыми она делит множество генов. Предупреждая колонию о смертельной инфекции, терминально больные муравьи помогают колонии оставаться здоровой и производить дочерние колонии, что косвенно передаёт гены сигнальщика следующему поколению.

«Найди меня и съешь меня»

Взрослые муравьи, приближающиеся к смерти, покидают гнездо. Однако расплод в колонии, как инфицированные клетки в ткани, в основном неподвижен и лишён этой возможности.

И клетки организма, и расплод муравьёв полагаются на внешнюю помощь для защиты целого. И те и другие решают эту задачу схожим образом: испускают химический сигнал, который привлекает либо иммунные клетки организма, либо рабочих муравьёв колонии, позволяя этим помощникам обнаружить и устранить их как потенциальные источники инфекции. Иммунологи называют это сигналом «найди меня и съешь меня».

Сигнал должен быть чувствительным и специфичным: идентифицировать все терминально больные куколки, но быть достаточно точным, чтобы не вызывать распаковку здоровых куколок или тех, кто способен побороть инфекцию своей иммунной системой.

Изменения в профиле запаха куколки

Рабочие муравьи целенаправленно выбирают отдельных куколок из общей массы расплода. Это означает, что запах не может просто диффундировать через гнездовую камеру, а должен быть непосредственно связан с больной куколкой. Соответственно, сигнал состоит не из летучих соединений, а из нелетучих соединений на поверхности тела куколки.

Интенсивность двух компонентов запаха из естественного профиля запаха муравьёв увеличивается, когда куколка терминально больна. Эксперименты показали, что перенос этого сигнального запаха на здоровых куколок был достаточен, чтобы вызвать у рабочих муравьёв поведение по распаковке и дезинфекции. Это подтвердило, что изменённый запах тела смертельно инфицированных куколок выполняет ту же функцию, что и сигнал «найди меня и съешь меня» инфицированных клеток тела.

Сигнализация только в неконтролируемых случаях

Муравьи сигнализируют об инфекции не без разбора. Куколки маток, которые имеют более сильную иммунную защиту, чем куколки рабочих, и могут ограничить инфекцию самостоятельно, не испускали этот предупреждающий сигнал. Рабочий расплод, с другой стороны, не мог контролировать инфекцию и сигнализировал колонии.

Сигнализируя только тогда, когда инфекция становится неконтролируемой, больной расплод позволяет колонии реагировать на реальные угрозы. В то же время этот подход гарантирует, что особи, способные выздороветь, не будут принесены в жертву без необходимости.