фото показано с polit.ru

Новое исследование, проведенное на первых в истории генетически модифицированных муравьях, показало, что социальность муравьев зависит от обоняния. Этот вывод дает ключ к тому, как развилось социальное поведение у этих насекомых.

Получить генетически модифицированных общественных насекомых весьма непросто. Даже если ученые вносят изменения в геном одной особи, яйца таких насекомых, как муравьи, очень чувствительны и невозможно добиться развития потомства без участия рабочих особей, поэтому весьма трудно сделать так, чтобы генетически модифицированное яйцо выжило и достигло стадии взрослого насекомого.

Эволюционный биолог из Университета Рокфеллера в Нью-Йорке Даниэль Кронауэр (Daniel Kronauer) использовал в своем исследовании муравьев вида Ooceraea biroi. Это небольшие муравьи длиной около двух миллиметров. Родина данного вида Южная и Юго-Восточная Азия, как инвазивный вид он широко распространился в тропической и субтропической зонах мира. Пищу он добывает, нападая на колонии других видов муравьев.

Способ размножения Ooceraea biroi отличается от большинства других муравьев. Обычно у муравьев имеются рабочие особи (бесплодные самки), самцы и самки («царицы»), которые заняты откладкой яиц. У Ooceraea biroi яйца откладывают неоплодотворенные самки. Яйцеклетка проходит стадию мейоза, образуя две гаплоидных клетки. А затем они сливаются, вновь давая полный набор хромосом. В результате появляется потомство генетически почти идентичное своей родительнице. Это отражает английское название насекомого, clonal raider ant, «муравьи клоны-налетчки».

Ooceraea biroi. Фото: April Nobile/AntWeb. org

Поэтому, изменив геном одного такого муравья, гораздо легче получить в достаточном количестве модифицированных особей. К тому же поскольку потомство дают все муравьи колонии, для появления муравьев нового поколения достаточно двух месяцев (время индивидуального развития особи), а не нескольких лет, как у других муравьев.

Но задача ученых все равно была не так уже проста. Чтобы получить нужное число яиц, они должны были обнаружить, что уже отложенные яйца выделяют определенные вещества, которые тормозят развитие следующих яиц. Поэтому, чтобы повысить “яйценоскость” муравьев, их изолировали от отложенных яиц.

Сотрудники лаборатории Кронауэра Уоринг Трайбл (Waring Trible) и Леонора Оливос-Сиснерос (Leonora Olivos-Cisneros) изменили гены подопытных муравьев при помощи технологии CRISPR. Добиться, чтобы из подвергшихся модификации яиц развились взрослые муравьи, тоже было непросто. Понадобилось более десяти тысяч попыток, пока ученые научились извлекать яйца, не повреждая их хрупкую оболочку, модифицировать их ДНК, сохранять и обеспечивать нормальное развитие до вылупления личинки.

Отдельной задачей было добиться, чтобы муравьи начали заботиться о модифицированных личинках, которых подложили в их колонию. После долгих попыток исследователи узнали, что муравьи принимают личинок, если их размещать не поодиночке, а группами по десять штук. Все это было лишь необходимым предварительным этапом для проведения главного исследования.

У модифицированных муравьев был отключен ген orca, который отвечает за синтез белка необходимого для работы обонятельных рецепторов в антеннах муравья. Муравьи известны очень большим числом таких рецепторов (их по меньшей мере 350, тогда как у мухи дрозофилы всего 46), тогда как необонятельных рецепторов у муравьев примерно столько же, сколько у прочих насекомых. Кронауэр и его коллеги предположили, что усиленное развитие обоняние связано с возникновением социальности у муравьев.

Поведение и анатомия нервной системы трансгенных муравьев свидетельствуют в пользу этой гипотезы. Как правило, молодые муравьи проводят первый месяц жизни не покидая гнезда. Муравьи, чьи обонятельные рецепторы частично не функционировали, сразу же начинали выходить из гнезда и бродить вокруг, причем они не следовали по тропам, которые использовали их обычные сородичи. То есть теряли одну из важных для поддержания единства колонии способностей.

К тому же, если обычные муравьи откладывали по шесть яиц каждые две недели, то трансгенные муравьи за это время приносили только одно яйцо. Продолжительность жизнь у них тоже была ниже - всего два - три месяца вместо обычных шести - восьми.

Обычно нервные окончания от каждого типа обонятельных рецепторов соединяются в так называемые обонятельные клубочки (гломерулы). Когда исследователи отключали ген orca у дрозофил, анатомически правильные гломерулы у этих мух все равно возникали. А вот у муравьев с отключенным геном обонятельные клубочки отсутствовали. Подобная картина наблюдается, например, у лабораторных мышей с отключенным геном orca.

Работа ученых опубликована на сайте биологических препринтов bioRxiv. org.

Аналог Ноткоин - TapSwap Получай Бесплатные Монеты

Подробнее читайте на polit.ru