Найден белок, превращающий рабочих муравьёв в королеву

Когда королева этого вида муравьёв умирает, рабочие в колонии начинают сражаться за её место. Насекомое, которое в конечном итоге становится победителем, перестаёт заниматься добычей пищи и начинает командовать другими муравьями. Теперь своё время оно посвящает размножению, принимая на себя роль королевы.

Предыдущие исследования показали, что данный переход сопровождается изменениями в мозге муравья, включая гены, уровни гормонов и другие клетки. Эти насекомые живут примерно в пять раз дольше, чем другие муравьи-рабочие. Но что именно запускает эту трансформацию до сих пор это оставалось загадкой.

«Мозги животных могут изменять свою структуру и функции в зависимости от окружающей среды, — объясняет молекулярный биолог Роберто Бонасио из Университета Пенсильвании. — Этот процесс происходит и в человеческом мозге, например, в подростковом возрасте. Но молекулярные механизмы, которые его регулируют, до конца не изучены».

Бонасио и его коллеги провели серию экспериментов с прыгающими муравьями Джердона, в которых воздействовали на нейроны насекомых путём изменения уровней гормонов.

Учёные сосредоточили свое внимание на двух гормонах, в частности на ювенильном гормоне III (JH3) и экдистероидном гормоне 20-гидроксиэкдизоне (20E). Считается, что оба регулируют социальное поведение муравьев и некоторых других социальных насекомых, таких как пчелы.

В текущем исследовании, когда в мозг муравьев вводили аналог JH3, их охотничья активность ослабевала. С другой стороны, когда в мозг вводили 20E, он происходила активация яичников. Полученные данные свидетельствуют о том, что в сигнальных путях этих гормонов есть что-то, что определяет переход от одной социальной касты к другой. Но что является переключателем?

Выделив определённые нейроны в мозгу муравьёв, исследователи попытались воссоздать данный механизм в лаборатории. В результате им удалось определить, что оба гормона активируют белковый фактор Kr-h1. В данном биологическом процессе он выступает в роли выключателя света, а гормоны — в роли пальцев, включающих или выключающих его. В частности, эти гормоны влияют на то, с какими генами Kr-h1 связывается внутри нейрональной клетки.

Когда учёные удалили Kr-h1 из нейронов муравьёв, они обнаружили, что муравьи-королевы начали вести себя как рабочие, а рабочие, наоборот, начинали заниматься размножением.