Дали търсейки храна, грижейки се за малките или защитавайки гнездото, работническите касти при мравката дървоточник се трудят всеотдайно за своята кралица и за колонията си?
Биолози са открили как да накарат някои от тези мравки-работнички да работят още по-активно или да сменят професията си в мравченото общество, извършвайки малки химични модификации в тяхната ДНК.
Откритието привлича вниманието към нов източник на поведенческа пластичност и прокарва идеята, че т.нар. епигенетични модификация могат да медиират взаимодействието между гените и околната среда. Изследването е "пионерно в установяването на причинна връзка между епигенетиката и сложното социално поведение," твърди Ехаб Абухеиф (Ehab Abouheif), специалист по еволюция и биология на развитието към McGill University в Монереал, Канада. "Тези механизми могат да се простират отвъд мравките и да се наблюдават и при други организми със социално поведение."
Ентомолозите (специалисти по насекомите) отдавна спорят дали разделението на труда при сложните видове с касти възниква поради нуждите на колонията или пък са вродени. Свидетелствата при медоносните пчели сочат по-скоро към генетичните различия между кралици и работници. През последните няколко години обаче, изследвания и при медоносни пчели, и при мравки са показали, че епигенетичните модификации - промени в химичния състав на ДНК, които не включват промяна в последователността на базите - повлияват избора на каста, което показва, че факторите на околната среда може да се окажат водещи при този процес. В последствие изследване върху един такъв тип промени, метилирането, довело до противоречиви резултати.
Даниел Симола (Daniel Simola), биоинформатик от Университета на Пенсилвания, не знаел почти нищо за мравките, когато се присъединил към епигенетичната лаборатория на Шели Бергер (Shelley Berger) във Филаделфия, щата Пенсилвания. Но той искал да изследва как епигенетиката спомага за способността на организма да отговаря на промени във факторите на средата и решил да използва един вид мравка, Camponotus floridanus, с която Бергер работила при тези изследвания. Както и други мравки дървоточници, този вид имал две касти работници: по-малки "редници" и по-големи "офицери" с по-големи глави (на снимката отдолу).
Представителни екземпляри на двете касти мравки работници - малките "редници" и значително по-големите "офицери". Снимка: Riley J. Graham
Най-важната работа на работниците е събирането на храна и Симола и неговите колеги измерили колко работа вършили двете касти, маркирайки отделни мравки, след което ги оставяли гладни за един ден и записвали колко често търсили и донасяли храна.
Симола установил, че по-малките мравки събирали много повече храна от по-големите и били по-бързи в изпълнението на задачите си, особено докато били млади. Не е ясно какво вършат големите, въпреки че въз основа на размера им някои предполагат, че те защитават гнездото или пренасят големи частици храна.
Тогава той и неговите колеги тествали дали епигенетичните различия са отговорни за разделението на работния процес.
По-ранно изследване на групата на Бергер показало, че вариации в броя на ацетилните групи по протеини наречени хистони, които образуват комплекс с ДНК и поддържат нейната структура, може да са важни. Изглежда, че ацетилирането отслабва връзката на хистоните с ДНК, което позволява на близките гени да са по-активни.
Затова Симола и неговите колеги третирали различни групи от "редници" и "офицери" със съединения, които повлияват добавянето и премахването на ацетилни групи към хистоните. Единият от тях, стабилизиращ настроението медикамент използван при биполярни разстройства, потиска ензима хистон деацетилаза, който премахва ацетилни групи и по-този начин заглушава активността на гените. Друго веещство потиска ензима, който добавя ацетилни групи (хистон ацетилтрансфераза). Когато третирането довело до по-високо ниво на ацетилиране на хистоните при мравките, малките "редници" форсирали процеса на събиране на храна и дори започнали да извършват част от работата на кастата на мравките разузнавачи, претърсвайки нови места за храна. Младите "офицери" също започнали да събират храна редовно и да разузнават, нещо което те обикновено не правят, докладвали от научния екип в последните дни на 2015 г. в списанието Science. "Това ни позволява да препрограмираме тяхното поведение," заключава Симола.
Източник: AAAS/Science
"Беше изненадващо, че те можеха да манипулират толкова лесно поведението им посредством молекулярен механизъм," коментира Абухеиф. Промените при по-възрастните и от двете касти били много по-слаби, което предполага, че при младите работници има определен период на податливост към тези промени.
Освен това, изследването показва ефектите на хистоновото ацетилиране, в допълнение на метилирането. "Метилирането на ДНК е станало почти синоним с епигенетиката," обяснява Брендън Хънт (Brendan Hunt), генетик към Университета на Джорджия в Грифин. "Това изследва връща необходимото внимание към важността и на други епигенетични механизми, като хистоновите модификации."
"Най-накрая имаме механизъм, който да обяснява взаимодействието с околната среда от молекулярна гледна точка," коментира Джийн Робинсън (Gene Robinson), генетик от Университета на Илинойс в Урбана-Чампейн, който изследва кастовото разделение при медоносните пчели. Това изследване при мравки, според него, набляга над това как средата успява да повлияе генната експресия и в последствие, нервната активност и поведението."
Източник: Science Magazine
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари