Temnothorax americanus - муравей-рабовладелец, обитающий в северо-восточной Америке. Эти крошечные общественные насекомые не выращивают потомство и не ищут пищу сами. Вместо этого они совершают набеги на гнезда другого вида муравьев, Temnothorax longispinosus, похищают их личинок и куколок, чтобы вернуть их в собственное гнездо. Достигнув совершеннолетия, похищенные муравьи должны кормить выводок рабовладельцев, искать пищу, кормить рабовладельцев и даже защищать свое гнездо. Колония рабовладельцев, состоящая из королевы и двух-пяти рабочих, может содержать от 30 до 60 рабов. В новом исследовании биологи из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) изучили особые отношения между паразитами и их хозяином и сделали захватывающее открытие: способность муравьев-хозяев защищать себя в решающей степени зависит от того, происходят ли набеги рабовладельцев из какой-либо области. с успешной или менее успешной паразитарной популяцией. Если рабовладельцы происходят из мест, где рабовладельцы редки, муравьи-хозяева агрессивно реагируют на захватчиков. Если, напротив, незваные гости приходят из области, где распространены рабовладельцы, хозяева их не узнают и, как следствие, не реагируют агрессивно. Исследование также показало, что эта разница в том, как они реагируют, также отражается в том, насколько активны гены, связанные с агрессией, в мозгу муравьев.
Подобно паразитам птичьего выводка, таким как кукушки, T. americanus принадлежит к классу паразитов, известных как социальные паразиты, которые не наносят прямого вреда телам своих хозяев, а вместо этого манипулируют их социальным поведением или поведением по уходу за выводком. Социальные паразиты и их хозяева участвуют в «коэволюционной гонке вооружений»: паразиты совершенствуют эксплуатацию своих хозяев, в то время как хозяева постоянно разрабатывают лучшие защитные стратегии. Когда паразитарное давление низкое, T. longispinosus реагирует на нападение скоординированным боем, но в местах, где паразитизм более распространен, его стратегия защиты меняется от борьбы к бегству. Именно природу этой взаимосвязи и соответствующих реакций исследовала в новом исследовании рабочая группа профессора Сюзанны Фойцик из Института органической и молекулярной эволюции JGU (iOME).
Паразиты из экологически благополучных популяций остаются незамеченными и не запускают активность защитных генов
Чтобы подготовиться к исследованию, члены группы собрали колонии муравьев-хозяев из желудей, палочек и трещин в скалах в восьми различных районах восточной части Северной Америки. Муравьи-рабовладельцы были обнаружены в пяти из этих восьми регионов. Исследователи исследовали, как ведут себя муравьи, когда сталкиваются друг с другом, тестируя муравьев из всех регионов друг против друга. «Поведение хозяев объясняется исключительно происхождением рабовладельцев», - резюмировал Фойцик. Когда совершается набег на гнездо муравьев-хозяев T. longispinosus, для защитников важнее, из какой среды происходит нападающий, чем их собственное географическое происхождение. Муравьям-рабовладельцам из успешных популяций удается остаться незамеченными, тем самым сталкиваясь с более слабой защитой. Это отражается на активности генов у муравьев-хозяев. «Экспрессия генов в защищающихся муравьях-хозяевах определяется не тем, откуда они пришли, а скорее экологическим успехом атакующего паразита в его исходной среде», - объяснил Фойцик.«По сути, то, что происходит в мозгу муравьев, зависит от того, кого они встречают, а не от того, кто они».
Способность паразитов из успешных популяций практически устранять защиту своих хозяев в основном связана с их успехом в том, чтобы оставаться незамеченными. Муравьи узнают друг друга химически, используя углеводороды, которые покрывают внешний слой их тела, кутикулу. Муравьи-рабовладельцы стараются ограничить количество веществ, используемых для распознавания, которые они несут на своем теле. Очень успешные популяции паразитов несут лишь небольшое количество тех химических веществ, которые муравей-хозяин использует для их обнаружения. «Таким образом, они могут летать незаметно для хозяина», - сказала профессор Сюзанна Фойцик. «Если они будут успешными, мы увидим меньше изменений в активности генов муравьев-хозяев». Затем грабители выводка могут незаметно и беспрепятственно вторгаться в гнездо хозяина.
Экспрессия генов у рабочих муравьев сильнее связана с их активностью, чем с возрастом или плодовитостью
В другом исследовании исследовательская группа Фойцика также исследовала активность генов у рабочих муравьев вида Temnothorax longispinosus. Чтобы быть экологически успешными, общественные насекомые зависят от разделения труда не только между матками и рабочими, но и между самими рабочими. Роль рабочих, будь то уход за выводком или поиск пищи, зависит от их возраста, плодовитости и статуса питания. Муравьи, ухаживающие за выводком, моложе, плодовитее и тучнее. Ученые изолировали специализированную роль муравьев от факторов, связанных с возрастом и плодовитостью. «Если удалить из колонии всех тех, кто заботится о расплоде, некоторые собиратели станут воспитателями расплода, и наоборот», - объяснил Фойцик. Исследование показало, что активность генов у муравьев больше зависит от их роли в колонии, чем от их возраста или плодовитости - новое открытие, которое помогает лучше понять эволюцию социального поведения муравьев.
Примечательно, что серьезные изменения в поведении муравьев могут быть вызваны отдельными генами. Одним особенно важным геном является вителлогенин-подобный ген А, который очень активен у тех, кто ухаживает за расплодом. Если этот ген подавляется, рабочие перестают заботиться о потомстве колонии и тратят больше времени на заботу о взрослых товарищах по гнезду. Выводы исследователей из Майнца показывают, что ген вителлогенин-подобного А влияет на чувствительность рабочих к запахам расплода. Если муравьи больше не чувствуют выводок, они перестают о нем заботиться. Эти эксперименты показывают, как регулируется разделение труда в обществах общественных насекомых, поскольку члены группы по-разному реагируют на определенные стимулы, связанные с различными задачами в обществе муравьев.