Как Человек-муравей мог бы управлять своими муравьями?
Летом прошлого года вышел (проходной) фильм о супергерое «Человек-муравей», в котором Пол Радд управляет роями (или стадами?) муравьев, исполняющих его приказы. Они летают вокруг него, образуют мосты и взламывают системы безопасности по его команде.
Не будем объяснять физику сжатия материалов до квантовых величин, анатомическую силу полудюймового человечка и возможности квантового мира - все это вы либо видели в фильме (а если нет, посмотрите, мне понравился), либо знаете не понаслышке по нашим статьям. Но о том, как Человек-муравей мог бы общаться со своими членистоногими друзьями, учитывая сложный способ использования муравьями феромонов и другие невербальные методы связи, вы вряд ли знаете. В январе группа ученых в журнале Science изложили свой взгляд на эти процессы.
Используя эпигенетические манипуляции, Даниэль Симола, Райли Грэм, Шелли Бергер и другие смогли изменять поведение муравьев, чтобы они могли выполнять больше ролей, чем позволяет им природа в обычных условиях. На примере муравьев-плотников Camponotus floridanus они смогли различить отдельные касты «младших» и «старших», выполняющих различные задачи для своей колонии.
Старшие муравьи крупнее младших и выступают в качестве солдат колонии. Они редко ищут пищу. Этим занимаются младшие. Они также выполняют роль разведчиков, оставляя гнездо в поисках пищи еще до того, как к источнику направится команда грузчиков, везущих товар обратно на базу. И хотя разведкой занимаются как старшие, так и младшие, к возрасту в 14 дней младшие проявляют такое поведение больше старших.
Наблюдения привели исследовательскую группу к выводу, что эти роли были присущи муравьям на молекулярном уровне. Такое разделение труда позволяет колонии приспосабливаться к кризисам, голоду или хищникам.
Каким образом ученым удалось изменить «встроенное» поведение муравьев? Легко просто сказать «эпигенетика», но вряд ли кто из вас знает, что это слово означает в сущности. Эпигенетика - это когда экологические факторы (факторы окружающей среды) влияют на ДНК, изменяя экспрессию генов. Представьте себе идентичных близнецов, но у одного развивается рак, а у другого нет. Какие экологические, пищевые и социальные запустили это развитие? Эпигенетика пытается это выяснить.
Ученые заметили, что на стремление муравьев-плотников искать пищу влияет воздействие гистоновых белков, которые Бергер называет «упаковочным материалом» для ДНК. Чтобы получить информацию из каждого гена, ДНК ослабляется, как катушка ниток, в процессе «ацетилирования». Ученые начали свои эксперименты, скармливая муравьям компонент, который увеличивает ацетилирование гистона H3K27ac. Очевидно, после поглощения компонента младшие муравьи начинали искать пищу больше обычного.
Затем ученые разработали методику впрыска химических веществ напрямую в мозги муравьев. Изменив дозу на более мощный компонент трихостатин А, они заметили, что впрыск увеличивал и промысловые способности старших муравьев. Солдаты стали фермерами. Даже спустя 30-50 дней после одной инъекции старшие продолжали заниматься промыслом. Но стоит отметить, что такие меры были эффективными лишь после воздействия на очень юных старших муравьев. Это говорит и о том, что с возрастом муравьи соответствуют своей роли более жестко.
Учитывая эти результаты, можно было бы предположить, что Человек-муравей аналогичным образом контролирует своих муравьев, но более сложным эпигенетическим образом. Если бы Человек-муравей делал постоянные инъекции в мозг юных муравьев, позволили бы они крошечному человечку ездить на своей спине? Возможно. Но Бергер предлагает и другую возможность: если этот человечек испускает запах, как матка муравья, управляя физиологией мозга каждого муравья и говоря им, что «все в порядке». Выброс запаха королевы муравьев является чистейшим примером эпигенетического сигнала.
Конечно, последствия этого исследования идут много дальше, чем просто решают загадку вымышленного супергероя. Ученые полагают, что результаты их исследования могут быть применимы к другим эусоциальным насекомым вроде медоносных пчел и, возможно, даже некоторых млекопитающих. Но что насчет людей? Может ли химическое воздействие эпигенетически изменить наше поведение?
По мнению Бергера, та же гистондеацетилаза (HDACs), используемая в данном исследовании, уже широко используется на людях для процедур, связанных с раком и психиатрией. В 1990-х Национальный институт здоровья (NIH) в своем проекте отсканировал сотни мозгов людей и обнаружил, что они продолжают развиваться до 25-летнего возраста. Бергер утверждает, что молекулярная природа такого развития вытекает из эпигенетических изменений внутри мозга. Возможно, муравьи не единственные обладают социальными ролями, регулируемыми химическими веществами?
