Apăsarea unui comutator molecular poate transforma furnicile războinice în furajoare

Când vine vorba de trasee de carieră, furnicile muncitoare se împart în caste: unele se ocupă de apărare, altele caută hrană pentru colonie. Dar aceste roluri nu sunt predestinate. Traiectoria carierei unei furnici este influențată de factorii din mediul său la începutul vieții.

Acum, un studiu dezvăluie un mod în care acești factori de mediu au loc. O proteină numită CoREST acționează ca un comutator molecular la furnicile dulgher din Florida (Camponotus floridanus), cercetătorii raportează 12 noiembrie în Celula Moleculară. Schimbându-l, muncitorii mari destinați a fi soldați pot fi reprogramați pentru a face treaba surorilor lor mai mici, culegătoare.

Războinicii musculoși, numiți majori, și lucrătorii care caută hrană, care îngrijesc pepinierele, numiți minori, au seturi de ADN aproape identice. Deci, cercetătorii au căutat influențe epigenetice, etichete chimice pe ADN și proteine ​​asociate care pot manipula modul în care sunt citite genele, pentru a explica diferitele comportamente.

„Și asta am găsit”, spune Shelley Berger, biolog molecular la Universitatea din Pennsylvania Perelman School of Medicine. „Este primul mecanism epigenetic care a fost găsit la furnici pentru a regla comportamentul în creier.”

Noul studiu evidențiază că chiar și insectele sociale foarte specializate păstrează o flexibilitate substanțială și o receptivitate la mediul lor, spune Beryl Jones, un biolog evoluționist la Universitatea Princeton, care nu este implicat în cercetare. „Acesta este probabil o altă fațetă importantă a marelui succes al insectelor sociale”, spune ea.

Echipa lui Berger a arătat anterior că injectarea unei substanțe chimice, tricostatina A, care ajută la desfacerea ADN-ului bine ambalat, ar putea reprograma majorii să se comporte ca minorii (SN: 31/12/15). Dar nu era clar ce gene influențează tricostatina A sau cât de departe în dezvoltarea lor furnicile ar putea încă schimba locul de muncă.

În noul studiu, Berger și colegii ei au injectat tricostatina A în creierul furnicilor lucrătoare fie la zero, la cinci sau la 10 zile după ce furnicile au apărut ca adulte din stadiul de pupă. Aceste injecții ar putea reprograma muncitorii majori până la cinci zile în stadiul lor adult, dar dacă sunt administrate mai târziu, rolurile furnicilor erau deja exprimate și era prea târziu pentru a le schimba.

Furnicile războinice, numite majore, care sunt reprogramate cu o injecție cu o substanță chimică numită tricostatina A (stânga) furajează pentru hrană mai frecvent decât muncitorii majori naturali. Asemenea rudelor lor care lucrează la hrană și pepinieră, numiți minori, (dreapta), furnicile războinice se hrănesc în mod regulat într-un bazin de apă cu zahăr din centrul arenei.

Când echipa a analizat activitatea genelor în această fereastră de sensibilitate de cinci zile, lucrătorii majori reprogramați produceau mai multă proteină CoREST decât cei neinjectați cu tricostatina A. CoREST reprimă enzimele care descompun hormonul juvenil, un hormon care în mod normal este crescut la lucrătorii minori, dar nu. la majore, echipa a găsit. Îmbunătățirea CoREST i-a făcut pe războinici mai asemănători fraților lor minori de hrană – cu o producție mai mică de enzime și mai mulți hormoni juvenili.

CoREST a fost mult timp legat de dezvoltarea neurologică, dar aceasta este prima dată când s-a demonstrat că influențează comportamentul. Proteina se găsește într-o gamă largă de animale, inclusiv la mamifere. Având în vedere ubicuitatea sa, CoREST poate juca chiar un rol cheie în biologia umană, spune Berger.

„Cu siguranță vor exista diferențe între oameni și furnici”, spune ea. „Dar ce se întâmplă dacă CoREST este un regulator epigenetic cu adevărat important al comportamentului la oameni în timpul vieții timpurii și chiar la începutul adolescenței?”

Berger dorește apoi să investigheze modificările epigenetice în celulele creierului individuale ale furnicilor, pentru a vedea dacă anumite tipuri de celule sunt cheia pentru legătura dintre nivelurile CoREST și comportamentul furnicilor.

Studii ca acestea, care dezvăluie bazele genetice ale societăților de insecte, oferă o perioadă interesantă pentru a studia insectele sociale, spune Daniel Kronauer, biolog la Universitatea Rockefeller din New York City care nu este implicat în această cercetare. „Oamenii s-au întrebat despre mecanismele care stau la baza [ant] dezvoltarea castelor și diviziunea muncii pentru atât de mult timp și se pare că suntem în sfârșit pe punctul de a le înțelege”, spune el.