Генетический код королевы: как муравьи выбирают свою судьбу

Для большинства видов муравьев каста определяет судьбу. Королевы вырастают большими, обзаводятся крыльями и откладывают яйца; рабочие особи остаются маленькими, бескрылыми и трудолюбивыми. Однако до недавнего времени оставалось неясным, как именно генетика и окружающая среда влияют на выбор жизненного пути молодой особи.

Новое исследование, опубликованное в журнале PNAS, проливает свет на эту загадку. Ученые выяснили, что размер тела и каста неразрывно связаны: более крупные муравьи, как правило, становятся королевами, в то время как более мелкие – рабочими. И хотя на размер влияют как гены, так и условия среды, оказалось, что именно генетика устанавливает сам порог, за которым особь может стать королевой. Это означает, что два муравья одинакового размера, выросшие в одной и той же среде, но с разным генетическим кодом, могут иметь совершенно разные шансы на престол.

«Одна из наших целей – понять, как функционирует общество насекомых», – говорит профессор Рокфеллеровского университета Дэниел Кронауэр. Изучение того, как особи дифференцируются в колонии, помогает понять эволюцию сложных кастовых систем у тысяч видов муравьев. Королева – это не просто крупный рабочий муравей. У нее есть крылья, более развитая зрительная система и большие яичники, в то время как рабочие особи обычно бесплодны. Этот разительный контраст при идентичном генотипе делает муравьев идеальной моделью для изучения того, как один и тот же генетический набор может приводить к совершенно разным результатам.

Чтобы разобраться в этом, команда ученых обратилась к уникальному виду – клональному муравью-мародеру *Ooceraea biroi*. Его способность к клональному размножению позволяет проводить своего рода «масштабное исследование на однояйцевых близнецах», точно контролируя генетические и средовые переменные. Манипулируя количеством пищи для личинок с одинаковым генотипом, исследователи подтвердили, что среда влияет на размер, а размер – на касту. Однако когда сравнили личинок из разных генетических линий в одинаковых условиях, обнаружился ключевой нюанс: гены не просто влияют на то, насколько большим вырастет муравей, но и меняют тот размер, при котором начинают проявляться королевские черты.

«Интересной иллюстрацией является то, что определенные генотипы начинают выглядеть более похожими на королев при меньших размерах тела», – отмечает один из авторов, Патрик Пикарски. Таким образом, гены действуют двумя способами: влияют на рост и определяют «планку» для превращения в королеву. Главный вывод исследования заключается в том, что любой фактор среды, влияющий на касту, неизбежно повлияет и на размер – одно неотделимо от другого. Но сама взаимосвязь между размером и кастой закодирована генетически.

Это открытие имеет значение, выходящее далеко за рамки морфологии. «Мозг королевы и рабочего муравья довольно сильно различаются, что коррелирует с поразительными различиями в поведении», – объясняет Кронауэр. Рабочие особи ищут пищу и строят гнездо, а королева в основном спаривается и откладывает яйца. Понимание связи между размером и кастой открывает двери к изучению того, как социальные роли, функции мозга и динамика всей колонии развиваются и эволюционируют вместе, представляя муравейник как единый сверхорганизм.