У складному світі мурашиних колоній, де каста визначає долю кожної особини, вчені давно прагнули зрозуміти, як відбувається “коронація” королеви. Адже всі мурахи починають свій шлях однаково, але одні вирощують крила, відкладають яйця і живуть розмножувальним життям, тоді як інші залишаються безкрилими робочими комахами, виконуючи всю повсякденну працю. Довгий час було відомо, що як гени, так і навколишнє середовище відіграють роль у формуванні каст, але точний механізм їхньої взаємодії, а також зв’язок між розміром тіла та кастою залишалися загадкою, пише T4.
Нове дослідження вчених з Університету Рокфеллера відкриває завісу над цим питанням, показуючи, що розмір тіла відіграє ключову роль у визначенні касти. Зазвичай, більші мурахи розвивають риси, подібні до королев, тоді як менші стають робочими. Проте, як виявилося, гени також встановлюють правила, визначаючи, коли і чи певний розмір схиляє чашу терезів у бік перетворення на королеву. Королева – це не просто більша робоча мураха; вона набуває специфічних рис: вирощує крила, розвиває складні очі та великі яєчники для відкладання яєць, що не відбувається у робочих особин. Це один із найяскравіших прикладів пластичності розвитку, де один і той самий геном може призвести до дуже різних результатів під впливом екологічних сигналів, таких як їжа, температура чи соціальне середовище. Хоча деякі вчені припускали, що розмір тіла та каста можуть бути непов’язані, як у плодових мушок, мурахи виглядають інакше – у більшості випадків кастові риси та розмір тіла йдуть рука об руку.
Щоб розв’язати це питання, команда, очолювана Патріком Пікарським та Даніелем Кронауером, використала унікальний вид – клональну мураху-рейдера (Ooceraea biroi). Ці мурахи розмножуються безстатевим шляхом, породжуючи генетично ідентичне потомство, і синхронно проходять свої життєві етапи, що робить їх ідеальними для контрольованих експериментів. У них немає традиційних королев, натомість деякі особини, звані інтеркастами, розвивають королевоподібні ознаки: вони більші, мають розвинені яєчники, рудиментарні очі та навіть зачатки крил, слугуючи замінниками королев у дослідженні. Завдяки клональній природі цього виду, вчені змогли провести еквівалент масштабного дослідження ідентичних близнюків, контролюючи генотип мурах та змінюючи лише їхнє середовище.
Результати першої частини дослідження показали, що зміна запасів їжі, температури або навіть видів мурах, які піклувалися про личинок, впливала на розвиток мурах, але лише через їхній кінцевий розмір. Наприклад, менше їжі призводило до менших мурах, які майже завжди ставали робітниками. Але якщо личинка досягала певного розміру, вона все одно розвивала риси, подібні до королеви, навіть за суворих умов. Вирішальним фактором виявився саме розмір. Потім команда змінила питання: що відбувається, коли мурахи мають різні гени, але ростуть в одному середовищі? Тут стало цікаво: мурахи з генетичної лінії “M” у середньому виростали меншими, ніж мурахи з лінії “A”. Однак, коли мурахи M та A були однакового розміру, мурахи M мали більше шансів розвивати ознаки, подібні до королев. Це означає, що гени не лише впливали на те, наскільки великим ставала мураха, а й змінювали значення цього розміру, дозволяючи певним генотипам набувати королевоподібних рис за менших розмірів тіла.
Отже, головний висновок полягає в тому, що розмір все ще визначає касту, але гени встановлюють правила того, який розмір вважається “матеріалом для королеви”. Якщо якийсь фактор навколишнього середовища впливає на касту, це також вплине на розмір; неможливо викликати зміни в одному, але не в іншому. Незалежно від змінних середовища, зв’язок між розміром тіла мурахи та кастою залишається незмінним і генетично закодованим. Розуміння того, як розмір тіла пов’язаний з кастою, є частиною ширшої мети дослідників – зрозуміти функціонування комах-суспільників.
Розглядаючи колонії мурах як суперорганізми, вчені вивчають, як особини диференціюються, щоб розкрити таємниці співпраці, розподілу праці та еволюції складних суспільств. Мозок королеви та робочої мурахи значно відрізняється, що безпосередньо відбивається на їхній поведінці: робочі особини активно шукають їжу, доглядають за личинками та будують гнізда, тоді як королева зосереджена переважно на розмноженні – спарюванні та відкладанні яєць. Це дослідження, опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, відкриває шлях до розуміння того, як соціальні ролі, функції мозку та динаміка колонії розвиваються та еволюціонують разом.
Не пропустіть: У світі таких лише 10: як виглядає найшвидша сухопутна тварина на Землі, яка зазнала мутацій
