Это восковой слой, который покрывает их тела и является источником сложных ароматов, которые муравьи используют для общения. Эти пахучие смеси действуют как биохимическая форма, идентифицируя отдельных муравьев по касте, колонии и виду. При этом он помогает регулировать поведение муравьев, позволяя им ориентироваться в сложной социальной системе, которая сделала муравьев одним из самых успешных семейств животных на Земле.
«Муравьи видят свой мир через свой нос, свои усики. Если вы муравей, вы видите других по их запаху, а другие видят вас по вашему запаху», - сказал Лоуренс Цвибель, профессор биологических наук Корнелиуса Вандербильта, который изучает молекулярные основы обоняния муравьев.
В течение некоторого времени ученые признавали решающую роль, которую эти химические сигналы играют в жизни муравьев, но теперь Цвибель и его сотрудники добились значительных успехов в расшифровке молекулярной генетики обоняния муравьев. Этот более глубокий уровень понимания может не только дать новое понимание того, как муравьи, медоносные пчелы и другие социальные насекомые создают и управляют сложными обществами, но также может дать представление о том, как это делают другие «более продвинутые» животные. В то же время он мог бы создать более эффективные методы для защиты от муравьев на кухне и на столе для пикника.
В статье, опубликованной 10 июля в онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Цвибель и его сотрудники сообщают, что они успешно охарактеризовали функцию ряда рецепторов. который индийский прыгающий муравей (Harpegnathos s altator) использует для идентификации этих пахучих смесей.
«Муравьи уникальны в мире насекомых, потому что у них более 400 обонятельных рецепторов по сравнению с 60-80 у других насекомых, таких как плодовые мушки и комары», - сказал Джесси Слоун, бывший научный сотрудник Вандербильта (ныне научный сотрудник в Медицинский центр детской больницы Университета Цинциннати), который выполнил большую часть работы.«Рецепторы объединены в 24 различных подсемейства. Мы выбрали 25 обонятельных рецепторов из ряда этих групп и расшифровали их - подвергли их действию набора различных химических веществ и определили, на какие из них они реагируют».
Одна из целей исследования состояла в том, чтобы проверить гипотезу, которую биологи Вандербильта выдвинули пять лет назад, когда они обнаружили, что муравьи имеют наибольшее количество рецепторов запаха, идентифицированных среди всех видов насекомых на сегодняшний день. Они предположили, что назначением сильно расширенной подгруппы (обозначенной как семейство из 9 экзонов) этих дополнительных рецепторов может быть именно идентификация и расшифровка химических сигналов, которые муравьи используют для регуляции своего сложного социального поведения. Чтобы проверить эту идею, исследователи измерили реакцию муравьиных рецепторов на специализированный класс химических соединений, покрывающих муравьев, называемых кутикулярными углеводородами. Но они также измерили их реакцию на другие распространенные одоранты, которые, как известно ученым, воздействуют на других насекомых.
"Оказывается, это не так просто", - сказал Цвибель. «Похоже, муравьи используют все имеющиеся у них хемосенсорные инструменты для восприятия различных типов запахов, которые для них важны».
Теперь, когда у них есть эффективный метод расшифровки обонятельных рецепторов муравьев (разработанный Грегори Паском и Анандасанкаром Рэем из Калифорнийского университета в Риверсайде), биологи могут приступить к расшифровке химических кодов, которые используют насекомые. общаться.
Эти сложные смеси углеводородов составляют суть социальной структуры муравьев. Они используют их для идентификации незваных гостей, для кормления, для кормления грудью, для всех видов поведения. Следующий шаг - начать ассоциировать различные химические сигналы с определенное поведение», - сказал аспирант Стивен Фергюсон, который пытается определить химические сигналы, вызывающие агрессию.
Несколько лет назад, изучая обоняние комаров, лаборатория Zwiebel обнаружила новый класс репеллентов от насекомых, которые в тысячи раз сильнее, чем ДЭТА, наиболее распространенный активный ингредиент в коммерческих репеллентах от насекомых. Соединения (известные как VUAA) работают, чрезмерно возбуждая обоняние комара, включая специализированный корецепторный канал запаха, который должен сотрудничать со всеми другими рецепторами запаха, чтобы они работали.
"Это все равно, что оказаться в лифте с кем-то, кто надушился слишком сильно духами. Если это подавляет ваше обоняние, конечным результатом является отталкивание. Мы называем это "экзито-отталкиванием"", - сказал Цвибель.
Оказывается, что муравьи (да и все насекомые) имеют один и тот же корецептор, и биологи Вандербильта определили, что эксито-репеллентные соединения одинаково хорошо работают с муравьями, как и с комарами.
Статья PNAS является одной из серии рецензируемых в соавторстве статей об обонянии муравьев, которые публикуются при координации сети исследователей, сотрудничающих в рамках междисциплинарного проекта под названием «Эпигенетика поведения, Долголетие и социальная организация муравьев». Проект, который официально завершился в 2016 году, финансировался Медицинским институтом Говарда Хьюза. В других статьях описываются дополнительные исследования семейства 9-экзонных рецепторов, а также создание и характеристика мутантов муравьев, генетически модифицированных для устранения их способности использовать свои рецепторы запаха. Взятые вместе, эти новые исследования химической коммуникации муравьев начали раскрывать молекулярную основу того, что, по наблюдениям известного гарвардского биолога Э. О. Уилсона, было «самой сложной социальной организацией на земле после человека».