Обычно в животном мире действует правило: много потомства означает короткую жизнь - если ты менее плодовит, ты живешь дольше. Однако кажется, что общественные насекомые, то есть насекомые, живущие в обществах, могут избежать этой участи. Как они это делают, выяснила исследовательская группа из Института зоологии Фрайбургского университета, взяв за модель вид термитов Macrotermes bellicosus.
«Королевы макротермов - самые репродуктивно успешные наземные животные», - говорит биолог из Фрайбурга профессор доктор Джудит Корб. Королевы термитов непрерывно откладывают около 20 000 яиц в день. И все же они достигают возраста до 20 лет. Рабочие этого вида имеют тот же геном, что и королева, но бесплодны и живут всего несколько месяцев. Джудит Корб вместе со своим аспирантом Даниэлем Элснером и доктором Карен Меуземанн нашли ключ к разгадке того, почему королева и король - в отличие от рабочих - практически не стареют. Команда опубликовала свои результаты в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Суперорганизм в симбиозе
Корб изучала Macrotermes bellicosus с момента написания докторской диссертации. Этот вид термитов обитает в саваннах Западной Африки и строит насыпи метровой высоты. У них есть организованное общество с разделением труда, что привело к концепции сверхорганизма [дел: установление в исследованиях]: королева и король отвечают за размножение, солдаты защищают колонию, рабочие строят насыпь и собирают траву. и листья, которыми питаются грибы, которые они выращивают в специально созданных «огородах», где они разлагают сложные растительные соединения и таким образом концентрируют азот. Это, в свою очередь, является важным питательным веществом для термитов и ограничивает рост колонии, если его недостаточно. Чрезвычайная чувствительность гриба означает, что температура внутри кургана всегда должна быть около 30 градусов по Цельсию.
Теперь, чтобы разгадать секрет долгой жизни, команда из Фрайбурга сначала сравнила генетическую информацию, которая активна у молодых и старых животных и используется клетками - отдельно для маток, королей и рабочих. «Результат нас очень удивил», - сообщает Корб. «Мы почти не обнаружили различий между старыми и молодыми людьми у королев и королей, но для рабочих они были огромными». Даниэль Элснер добавляет: «Горстка по-разному регулируемых генов у королев и королей не может быть связана со старением, хотя насекомые различаются по возрасту на пять лет. Напротив, у рабочих, которые были всего на несколько месяцев старше, тысячи генов были изменены. иначе выражены по сравнению с молодыми. В отличие от королев и королей, многие из этих активных генов у старых рабочих были так называемыми мобильными элементами. Они также известны как «прыгающие гены»: они реплицируются независимо от оставшегося генома, закрепляются в разных местах генома и таким образом, могут вызывать дефекты, например, инактивируя другие гены. "Мы уже знаем из других модельных организмов, что прыгающие гены могут быть связаны со старением, - говорит Корб. - Но вопрос в том, почему они неактивны у маток и королей?"
Выводящие из строя прыгающие гены
Результаты команды предполагают, что концепция суперорганизма предлагает объяснение. В многоклеточном организме за размножение отвечает зародышевая линия. Прыгающие гены нанесли бы здесь большой ущерб: они могли бы привести к тому, что потомство не будет жизнеспособным. Так в клетках зародышевой линии есть сигнальные пути, которые выводят из строя стоп-прыгающие гены. «Мы обнаружили, что «сигнальный путь piRNA» подавляется у старых рабочих Macrotermes bellicosus, но не у королевы и короля», - говорит Корб. Похоже, аналогия верна: в суперорганизме королева и король берут на себя роль зародышевой линии, которая должна иметь как можно меньше генетических дефектов. Между тем рабочие представляют собой другие клетки тела, которые заменяемы и поэтому «допущены» к старению. В конце концов, вероятно, было бы слишком энергозатратно постоянно поддерживать активный сигнальный путь piRNA во всех клетках организма или во всех особях колонии.
На следующем этапе команда хочет провести эксперименты, чтобы выяснить, является ли выявленная связь причинно-следственной. «Мы будем подавлять сигнальный путь piRNA у маток в лаборатории, и мы ожидаем, что они также будут стареть», - объясняет Корб. Исследователи также хотят изучить виды термитов, которые живут в менее сложных сообществах, с целью проверки одной из их основных гипотез: «Чем более социален вид и, в связи с этим, чем сильнее разделение труда, тем лучше он преуспевает». в уходе от отрицательной связи плодородия и продолжительности жизни."