Биологи объяснили, как муравьи «изобрели» свой кастовый строй

Исследование строения колонии.

Муравьи, пчелы и прочие перепончатокрылые насекомые «изобрели» кастовый строй из-за недостатка пищи и заботы о потомстве.

У многих видов муравьев рабочие намного меньше маток и не могут размножаться | Фото: phys.org / Daniel Kronauer

Об этом ученым «рассказали» особые изменения в их генах, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

«Мы давно хотели узнать, что заставляет королев откладывать яйца, и почему все остальные их сестры превращаются в стерильных рабочих особей.

Мы обнаружили, что переключения между этими ролями связаны с геном ILP2, который управляет метаболизмом. Если пищи совсем мало, то особь просто не может позволить себе продолжить род», — рассказывает Дэниел Кронауэр из университета Рокфеллеров в Нью-Йорке (США).

Колонии многих видов общественных насекомых состоят из нескольких каст, выполняющих различные задачи. Так, рабочие особи ухаживают за потомством и кормят колонию, солдаты защищают ее, а половозрелые самки и самцы участвуют в воспроизводстве населения.

Как пишет издание Phys, история появления подобного «кастового строя» уже много лет остается предметом споров среди эволюционистов.

Пока не совсем понятно, что заставило предков муравьев и прочих перепончатокрылых насекомых отказаться от размножения и стать добровольными рабами для одной или нескольких «избранных» особей.

Кронауэр и его коллеги выяснили, как появилось подобное социальное «расслоение» среди общественных членистоногих, наблюдая за тем, какие гены были особенно активны в клетках мозга у рабочих особей и маток муравьев вида Ooceraea biroi.

Муравьи несущие и ухаживающие за личинками отмечены цветными точками, чтобы отследить их поведение | Фото: phys.org / Daniel Kronauer

Эти насекомые необычны тем, что в их колониях нет рабочих и королев – все их обитатели могут производить потомство, причем делать это без помощи самцов. Когда они откладывают яйца, они «переключаются» на роль рабочих, заботясь о своих и чужих личинках.

Пытаясь понять, что заставляет их поступать подобным образом, генетики изучили то, какие гормоны и сигнальные молекулы присутствуют в мозге Ooceraea biroi во время подобных фаз их жизни, и сравнили их с тем, какие гены активны в нейронах маток и рабочих особей других видов муравьев.

Как оказалось, всех размножающихся муравьев объединял один фактор – высокий уровень активности гена ILP2, отвечающего за сборку одной из версий инсулина.

Этот участок ДНК, как объясняют ученые, управляет скоростью метаболизма в организме насекомых и, похоже, имеет массу других функций в организме муравьев.

К примеру, появление личинок в муравейнике заметным образом снижало активность этого гена и заставляло насекомых активнее искать пищу.

В свою очередь, исчезновение или массовая смерть молодняка, наоборот, повышали концентрацию молекул ILP2 и переводили муравьев в «режим размножения».

Дальнейшие наблюдения за жизнью Ooceraea biroi показали, что не все муравьи реагируют на личинок одинаковым образом.

Часть из них особенно сильно понижала уровень инсулина при появлении молодняка, а другие, наоборот, почти не реагировали на них и продолжали откладывать яйца.

Как полагают ученые, подобные небольшие различия присутствовали и среди предков муравьев, и их постепенное усиление привело к расслоению их колоний на две группы – бесполых рабочих особей и маток.

Аналогичным образом могли возникнуть касты и у других социальных насекомых, в том числе пчел и термитов.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.