Как рабочие осы становятся королевами: баланс специализации и пластичности

Международная команда биологов и теоретических физиков исследовала парадокс стабильного разделения труда и способности к быстрым изменениям в обществе насекомых на примере бумажных ос.

Экспериментальная модель

• Бумажные осы демонстрируют разделение труда: рабочие осы специализируются на фуражировке и других задачах, а одна особа становится королевой, производящей потомство.
• Это разделение стабильно на протяжении всей жизни королевы. Однако если королеву удалить из гнезда, оставшиеся рабочие осы могут быстро изменить поведение и установить новую королеву.
• Учёные проводили полевые эксперименты в естественной среде обитания ос в Панаме, удаляя королеву из гнезда и наблюдая, как рабочие восстанавливают иерархию.

Методы исследования

Исследование сочетали различные экспериментальные подходы:

• Видеозаписи поведения.
• Детальный молекулярный профилинг мозга насекомых. Это позволило отследить процесс одновременно на разных уровнях биологической организации — от молекулярного до общественного.

Ключевое открытие

С помощью теоретического моделирования учёные выявили механизм баланса. Бумажные осы уравновешивают экспрессию генов, отвечающих за королевское поведение, с агрессивными столкновениями, которые подавляют эти же гены.

• Внутренние возмущения (затрагивают отдельных особей независимо) активно подавляются обществом.
• Внешние возмущения (затрагивают всё общество, например, потеря королевы) вызывают пластичную реакцию и реорганизацию.

Значение работы

Исследование показывает, как общество насекомых сочетает процессы, происходящие на масштабах, отличающихся на порядки величин, для преодоления парадокса стабильности и пластичности. Полученные инсайты могут в будущем быть применены для понимания пластичности в других биологических системах, например, при репрограммировании клеток в стволовые для регенеративной медицины.

Исследование опубликовано в журнале Cell Systems.