Гормон, определяющий касты у муравьёв: как ювенильный гормон регулирует развитие
Учёные из Копенгагенского университета выяснили, как специфический гормон регулирует дифференцировку каст у муравьёв, проведя фенотипические измерения изменений в развитии на уровне органов и сопоставив их с анализом транскриптома. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, значительно углубляет понимание развития и эволюции каст.
Большинство муравьёв имеют две морфологически различные взрослые касты — маток и рабочих, каждая из которых необратимо специализирована либо на репродукции, либо на альтруистических задачах, таких как фуражировка, защита и забота о потомстве. Взрослые самки (девственные матки) обычно имеют большую массу тела, крылья и фронтальные глаза, а также увеличенные яичники и сперматеку.
В отличие от них, рабочие — это бескрылые самки меньшего размера с редуцированной репродуктивной системой, обычно без сперматеки.
Новое исследование показало, что развитие касты у фараонова муравья (Monomorium pharaonis), вида, у которого определение касты происходит на стадии яйца, остаётся удивительно обратимым.
«Мы скармливали 237 личинкам рабочих фараоновых муравьёв контролируемые дозы аналога ювенильного гормона (JH) во время 3-го личиночного возраста, финальной стадии развития личинки», — говорит ведущий автор работы Руян Ли.
Установлено, что обработанные гормоном рабочие муравьи развили многие черты, характерные для самок: увеличенную длину тела, три дополнительных фронтальных глаза, крылья и летательные мышцы, мозг, похожий на мозг самки; у них даже развился специфичный для самок орган хранения спермы, которого у рабочих этого вида никогда не бывает.
Однако, в отличие от естественно развившихся самок, у рабочих, обработанных JH, так и не развились яичники — репродуктивный орган, который в конечном счёте отличает самок от рабочих. Это показывает, что окно чувствительности к JH, специфичное для касты, не перекрывается со стадией яйца.
Исследование также проливает новый свет на то, как сдвиги в чувствительности к гормону роста в процессе развития могли сыграть роль в возникновении новых каст у других муравьёв, таких как солдаты (модифицированные рабочие) или бескрылые самки.
«Такие новые касты часто возникают как мозаичные фенотипы, рекомбинирующие признаки самок и рабочих, которые могут закрепиться, когда естественный отбор благоприятствует последующему сдвигу окна чувствительности к JH», — говорит соответствующий автор исследования Гоцзе Чжан.
«Результаты подтверждают сильную аналогию между тем, как работает дифференцировка клеток в теле животного и дифференцировка каст в колониях муравьёв. Подобно тому, как животноводам до сих пор не удалось использовать соматические клетки для получения новых животных, это исследование обнаружило схожие ограничения на более высоком уровне колониальной организации у муравьёв», — заключает старший соавтор работы, профессор Кос Бумсма.