Фермент определяет, достигнет ли определенный гормон мозга рабочего муравья и превратит ли его в фуражира. (Изображение предоставлено: Зен Риал / Getty Images)
Муравьи обладают сложной системой каст, которая, как показывает новое исследование, может частично контролироваться версией гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) насекомых. ГЭБ служит стражем, позволяя пропускать в мозг только определенные вещества.
Муравейник представляет собой тщательно организованное сообщество насекомых с четким разделением труда для обеспечения бесперебойной работы. Пока королева откладывает яйца, рабочие муравьи занимаются поиском пищи или защищают муравейник в качестве солдат. Гормоны муравьев, в том числе такой, как «гормон юности», определяют, какую роль играет каждый муравей.
Однако молекулярные механизмы, регулирующие эти гормоны для формирования социального поведения, до сих пор были плохо поняты.
Согласно недавнему исследованию, ГЭБ, фильтр, защищающий мозг от ненужных или потенциально вредных веществ, играет роль в этом процессе. Результаты, опубликованные 7 сентября в журнале «Cell«, показывают, что ГЭБ муравьев регулирует уровни гормонов, поступающих в мозг, влияя таким образом на роли рабочих муравьев в колонии.
В ходе исследования ученые пытались понять основы поведенческих различий между рабочими-добытчиками и солдатами. Они изучали, какие гены и белки экспрессировались по-разному у этих двух классов рабочих Флоридских муравьев-плотников (Camponotus floridanus). Они обнаружили, что фермент, расщепляющий гормон юности, называемый эстеразой гормона юности, присутствовал только в клетках, составляющих ГЭБ муравьев.
Их анализ показал, что у солдат был более высокий уровень эстеразы гормона юности, чем у добытчиков, и, следовательно, меньше гормона попадало в мозг солдат.
Рабочие флоридские муравьи-плотники (Camponotus floridanus) занимаются либо защитой своего муравейника, либо поиском пищи. (Изображение предоставлено: Chase D’animulls / Getty Images)
Когда исследователи вводили гормон юности непосредственно в мозг солдат, обходя ГЭБ, муравьи отказывались от своей боевой роли и начинали искать пищу. Муравьи проявляли аналогичное изменение социального поведения, когда ученые уменьшали их запас эстеразы гормона юности, манипулируя геном, который ее производит.
Предыдущие исследования уже сообщали, что ГЭБ может регулировать уровни гормонов в мозгах насекомых. Однако динамическая регуляция ГЭБ муравьев гормона юности, контролирующего такое важное поведение, была для ученых определенно удивительной. Другие животные могут использовать похожие механизмы для контроля того, какие гормоны попадают в мозг, как показал анализ опубликованных данных от других лабораторий, но это потребует дополнительных экспериментальных работ для выяснения. Однако эти находки подчеркивают недооцененную роль ГЭБ в насекомых, представляя его не просто как пассивное сито, а как активный компонент всей поведенческой схемы.
Важно продолжить исследования в этом направлении для лучшего понимания механизмов, которые регулируют поведение насекомых и потенциально других организмов, и возможных практических применений этих знаний.
Научный писатель, профессиональный зоолог и педагог с более чем 10-летним опытом работы со студентами, учеными и государственными экспертами. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
