В прошлогоднем летнем фильме о супергероях «Человек-муравей» Пол Радд командовал роями муравьев, которые выполняли его приказы. Они облетали его, наводили мосты и отключали системы безопасности по его приказу.
В нашем недавнем выпуске Stuff to Blow Your Mind в «Науке о человеке-муравье» мы обсуждали физику сжатия, анатомическую силу человека ростом в полдюйма и возможность квантового царства. Но мы не могли понять, как Человек-муравей общался со своими друзьями-членистоногими, особенно учитывая сложный способ, которым муравьи используют феромоны и другие невербальные сигналы для «разговора». Но группа исследователей в январском номере журнала Science, возможно, нашла ответ.
С помощью манипуляций с эпигенетикой Дэниел Симола, Райли Грэм, Шелли Бергер и другие смогли изменить поведение муравьев, поэтому они выполняли роли, отличные от их природы. У муравья-плотника Camponotus floridanus есть отдельные касты, называемые «младшими» и «большими», которые выполняют разные задачи для своей колонии.
Большие муравьи крупнее мелких и действуют как солдаты колонии. Они редко ищут пищу. Мелкие муравьи в основном кормятся. Несовершеннолетние также проводят разведку, покидая гнездо первыми, чтобы найти источник пищи, прежде чем вызывать подкрепления, чтобы доставить товары на базу. В то время как и майоры, и младшие могут вести разведку, к тому времени, когда им исполняется 14 дней, младшие демонстрируют это поведение больше, чем мажоры.
Наблюдения привели исследовательскую группу к выводу, что эти роли были присущи муравьям на молекулярном уровне. Такое разделение труда позволяет колониям адаптироваться к кризисам, таким как голод или хищники.
Так как же этим исследователям удалось заставить муравьев изменить свое врожденное поведение? Было бы легко просто сказать «эпигенетика», но давайте кратко рассмотрим, что это на самом деле означает. По сути, эпигенетика - это когда факторы окружающей среды влияют на ДНК, изменяя экспрессию генов. Представьте однояйцевых близнецов, но у одного рак, а у другого нет. Какие экологические, пищевые и социальные воздействия вызвали это развитие? Эпигенетика стремится выяснить это.
Исследовательская группа заметила, что на склонность муравьев-плотников к поиску пищи, по-видимому, повлияло их воздействие гистоновых белков, которые Бергер называет «упаковочным материалом» для ДНК. Чтобы получить информацию от каждого гена, ДНК должна ослабнуть, как катушка нити, в процессе, называемом «ацетилирование». Поэтому команда начала свой эксперимент, накормив муравьев соединением, которое увеличивало ацетилирование гистона H3K27ac. Конечно же, после употребления составного второстепенного муравья корма стало даже больше, чем обычно.
Затем команда разработала метод введения химических веществ непосредственно в мозг муравьев. Изменив дозу на более мощное соединение, называемое трихостатином А, они заметили, что инъекции также усиливают поведение основных муравьев при поиске пищи. Солдаты стали фермерами. Даже через 30-50 дней после однократной инъекции у крупных особей наблюдались стойкие эффекты, и они продолжали добывать корм. Однако следует отметить, что эти методы лечения были эффективны только при применении к очень молодым крупным муравьям. Это означает, что с возрастом муравьи жестко следуют своим ролям.
Учитывая эти результаты, мы можем предположить, что Человек-муравей контролирует своих муравьев аналогичным, но более сложным эпигенетическим образом. Человек-муравей постоянно вводит в мозг детеныша муравья странные химические вещества, чтобы они позволяли крошечному человечку кататься на спине? Может быть. Но еще одна возможность, предложенная Бергером, заключается в том, что он испускает запах, как королева муравьев, который регулирует физиологию мозга каждого муравья, по сути говоря им: «Все в порядке». Бергер называет испускание запаха королевы примером «чистого эпигенетического сигнала»."
Конечно, разветвления этого исследования намного шире, чем разгадка тайн вымышленного супергероя. Исследователи предполагают, что результаты их исследования могут быть применимы к другим эусоциальным насекомым, таким как медоносные пчелы, и, возможно, даже к некоторым млекопитающим. Но как насчет людей? Может ли химическое воздействие эпигенетически изменить наше поведение?
По словам Бергера, одни и те же гистоновые деацетилазы (HDAC), используемые в этом исследовании, уже широко используются у людей как для лечения рака, так и для психиатрического лечения. Таким образом, у этого исследования может быть много применений, особенно на ранних стадиях развития человеческого мозга. В 1990-х годах в рамках проекта Национального института здравоохранения (NIH) были просканированы сотни человеческих мозгов и обнаружено, что они все еще развиваются, пока нам не исполнится 25 лет. Бергер утверждает, что молекулярная природа этого развития связана с эпигенетическими изменениями в головном мозге. Так может быть, муравьи не единственные, чьи социальные роли регулируются химическими веществами?