Учёные, перепрограммировав мозг, превратили муравьёв-солдат в фуражиров.

Учёные, перепрограммировав мозг, превратили муравьёв-солдат в фуражиров.

1 мин


Сложная кастовая система муравьёв может частично контролироваться насекомой-версией гематоэнцефалического барьера, привратника, который пропускает в мозг только определённые вещества, показывает новое исследование.

Муравейник — это тщательно организованное сообщество насекомых с чётким разделением труда для обеспечения бесперебойной работы. Пока матка откладывает яйца, рабочие муравьи либо добывают пищу, либо защищают гнездо в качестве солдат, а гормоны муравьёв, в том числе так называемый «ювенильный гормон», определяют, какую роль играет каждый муравей.

Учёные, перепрограммировав мозг, превратили муравьёв-солдат в фуражиров.
Фермент определяет, достигнет ли конкретный гормон мозга рабочего муравья и превратит ли его в собирателя. Изображение: Zen Rial via Getty Images

Однако лежащие в основе молекулярные механизмы контроля, которые регулируют эти гормоны для формирования социального поведения, до конца не изучены.

Недавнее исследование показало, что в этом процессе играет роль гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), фильтр, который защищает мозг от ненужных или потенциально вредных веществ. Результаты, опубликованные 7 сентября в журнале Cell, показывают, что муравьиный ГЭБ регулирует уровень гормонов, поступающих в мозг, тем самым влияя на роль рабочих муравьёв в колонии.

В ходе исследования учёные намеревались понять основу поведенческих различий между муравьями-собирателями и муравьями-солдатами. Они исследовали, какие гены и белки экспрессируются по-разному у этих двух классов флоридских рабочих муравьев-плотников (Camponotus floridanus). Cпециалисты обнаружили, что фермент, расщепляющий ювенильный гормон, называемый эстеразой ювенильного гормона, присутствует только в клетках, составляющих ГЭБ муравьёв.

Учёные, перепрограммировав мозг, превратили муравьёв-солдат в фуражиров.
Рабочим флоридским муравьям-плотникам (Camponotus floridanus) поручено либо защищать свое гнездо, либо искать пищу. Изображение: Chase D’animulls via Getty Images

Их анализ показал, что муравьи-солдаты имели более высокий уровень ювенильной гормональной эстеразы, чем собиратели, и, следовательно, меньшее количество гормона попадало в мозг солдат.

Когда исследователи ввели ювенильный гормон непосредственно в мозг муравьёв-солдат, минуя ГЭБ, муравьи отказались от своей роли наёмников и начали искать пищу. Муравьи продемонстрировали аналогичный сдвиг в социальном поведении, когда исследователи сократили запасы ювенильной гормональной эстеразы, манипулируя геном, который её производит. Не имея фермента, способного его расщепить, ювенильный гормон достиг мозга муравьёв и перепрограммировал их поведение.

Предыдущие исследования показали, что ГЭБ вполне может регулировать уровень гормонов в мозге насекомых, сообщил Live Science соавтор исследования Карл Гластад (Karl Glastad), исследователь из Пенсильванского университета.

«Однако тот факт, что гематоэнцефалический барьер муравьёв динамически регулировал ювенильный гормон между этими двумя типами работников таким образом, что контролировал такое важное поведение, был для нас определённо удивительным», — сказал он.

«То, что доступ ювенильного гормона к мозгу так жёстко регулируется на уровне гематоэнцефалического барьера, является действительно крутым открытием», — сказал Live Science Дэниел Кронауэр (Daniel Kronauer), биолог-эволюционист из Университета Рокфеллера, который не участвовал в исследовании.

Чтобы выяснить, повлияет ли фермент на менее социально сложное насекомое, исследовательская группа провела эксперименты на плодовых мушках (Drosophila melanogaster). Включение гена ювенильной гормональной эстеразы в ГЭБ мух вызвало поведенческие изменения, аналогичные тем, которые наблюдались у муравьёв: генетически модифицированные мухи тратили меньше времени на поиск пищи, чем их немодифицированные сверстники.

По словам Гластада, понимание того, какие факторы контролируют количество ювенильной гормональной эстеразы, попадающей в ГЭБ муравья, требует дополнительной работы. Но эти результаты подчёркивают недооценённую роль ГЭБ у насекомых. По его словам, это больше, чем пассивный фильтр — это активный компонент всей поведенческой цепи.

Чтобы выяснить, используют ли другие животные аналогичные механизмы для контроля того, какие гормоны попадают в мозг, исследователи проанализировали опубликованные данные других лабораторий. Они обнаружили, что некоторые ферменты, разрушающие гормоны, также присутствуют в клетках мышиного ГЭБ. (Подобные ферменты не были обнаружены в человеческом ГЭБ, но их структура контролирует гормоны другими способами.)

«Для меня было бы чрезвычайно удивительно, если бы другие подобные независимо развившиеся механизмы не существовали в других организмах», — сказал Гластад.

И хотя Кронауэр сказал, что он с осторожностью относится к распространению результатов исследования с насекомых на млекопитающих, он признал возможность того, что ГЭБ млекопитающих может иметь аналогичные системы, которые регулируют уровень гормонов в мозге путём разрушения молекул.

«Но для выяснения этого потребуется проведение дополнительной экспериментальной работы», — сказал он.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

Включить уведомления Да Спасибо, не надо