Ксенофобия - норма, а толерантность - мутация?

Ученые из Швейцарии выяснили, почему иногда муравьи одного и того же вида агрессивно настроены по отношению к чужакам, а иногда — вполне дружелюбны. Оказывается, ксенофобия и толерантность у этих насекомых имеет генетическую природу. Причем первая является нормальным вариантом, а вот терпимость к чужакам возникает в результате ряда мутаций.

Фото:

Считается, что муравьи, как и большинство других общественных насекомых, не "страдают" особой толерантностью — они по природе своей законченные ксенофобы. Так, если фуражир окажется на территории чужой колонии, пусть даже основанной представителями его же вида, то ему лучше всего быстрее бежать оттуда, ибо местные рабочие просто разорвут его на кусочки. Также нетерпимы муравьи и к посторонним царицам, случайно заглянувшим в их муравейник. Более того, часто даже своим молодым самкам, покинувшим семью для брачного лета, обратно путь заказан.

Однако и из этого правила бывают исключения. В частности, известный отечественный мирмеколог Анатолий Александрович Захаров неоднократно наблюдал, что иногда между разными колониями рыжих лесных муравьев (Formica rufa) возникают вполне себе добрососедские отношения. Фуражиры часто ходят по чужой территории и никто на них не нападает. Более того, иногда бывает и слияние двух колоний, причем никто из рабочих новой объединенной семьи не пытается убить "чужую" царицу — то есть ту, которая не является их собственной матерью.

Известны также и случаи возвращения молодых самок после брачного лета в свой родной муравейник, причем никто из рабочих не реагировал при этом на них агрессивно. Контактов с прежней царицей эти "блудные дочки", конечно же, избегали, однако все остальные члены семейства относились к ним вполне дружелюбно — их кормили, чистили и даже заботились о личинках, вылупившихся из отложенных этими самками яиц.

Возникает вопрос — почему иногда муравьи одного и того же вида весьма нетерпимы к чужакам, а иногда — вполне толерантны? Что в данном случае определяет форму поведения — внешние факторы или генетическая программа? Ученые с самого начала склонялись к последней версии, поскольку не могли найти каких-либо схожих условий окружающей среды, которые заставляют муравьев стать более терпимыми к чужакам. А недавнее исследование мирмекологов и генетиков из Университета Лозанны (Швейцария) привели весомые аргументы в пользу этой гипотезы.

Биологи занимались изучением огненных муравьев (Solenopsis invicta), которые известны своим весьма сильным ядом и высокой способностью к акклиматизации на разных континентах. У этих агрессивных захватчиков можно выделить два способа образования колоний. В первом случае гнездо основывается одной самкой — и, что самое интересное, все его население отличается крайней ксенофобией. А во втором случае молодая самка, покидая отчий дом, уводит с собой часть рабочих и основывает новый муравейник. В таких колониях к пришельцам относятся терпимо — даже чужую царицу с некоторым количеством "подданых" сразу же примут в семью.

И вот ученые из Швейцарии решили выяснить, имеются ли какие-то генетические отличия между особями колоний разных типов. Надобно заметить,что еще в 1998 году американским биологам удалось обнаружить, что обитатели семей, различных по способу своего основания, отличаются друг от друга вариантами гена Gp-9, который кодирует белок обонятельного рецептора. Насекомые из колоний первого типа имели две одинаковые нормальные копии этого гена, а вот у их сородичей из семьи второго типа один из экземпляров Gp-9 был изменен в результате одной и той же мутации.

Основываясь на этих исследованиях, авторы работы решили, что муравьиная толерантность возникает в результате ослабленного обоняния: насекомым с мутантным геном рецептора сложнее определить по запаху, кто является чужаком, а кто — нет. Однако ученым из Швейцарии такая версия показалась весьма недостоверной — вряд ли столь сложная поведенческая реакция зависит от изменения всего лишь одного гена! Да и чужаков муравьи узнают не только по запаху — большую роль в распознавании играет, например, специфический "язык жестов", который у представителей каждой колонии свой собственный.

И вот исследователи решили изучить геномы 500 особей огненных муравьев, некоторые из которых были потомками одной царицы, а другие жили в колониях объединенного типа. Особый интерес у исследователей вызвал участок ДНК, содержащий тот самый ген Gp-9. Они хотели выяснить, является ли мутантным у толерантных муравьев только он, или же изменения затрагивают весь генетический блок, отвечающий за производство рецепторных белков.

В результате выяснилось, что за толерантность у муравьев отвечают примерно 600 генов, которые передаются у огненных муравьев единым блоком из поколения в поколение, и занимает этот участок примерно половину хромосомы. Среди них был и вышеупомянутый Gp-9, однако толерантное поведение вызывало не только изменение данного гена. По данным исследователей, у муравьев из объединенных колоний в этом куске насчитывалось около сотни разнообразных мутаций, но, что и предполагалось, у всех особей они были одинаковыми.

То есть, как и предполагали мирмекологи, у муравьев ксенофобия и толерантность действительно имеют генетическую природу. Причем нормальным вариантом является именно агрессивное отношение к чужакам (в "социальном" блоке ДНК таких особей не было ни одной мутации). А толерантность является отклонением от нормы — она обусловлена нарушением работы ряда генов, которые, впрочем, не влияют на другие важные функции организма. Именно поэтому толерантные колонии тоже весьма устойчивы и успешны. То есть оба варианта генома поддерживаются естественным отбором как полезные для выживания.

Следует заметить, что обнаруженный механизм нельзя считать справедливым для всех муравьев — возможно, у представителей других видов ксенофобия и толерантность имеют другую природу. Эти насекомые вообще весьма разнообразны — у некоторых, например, пол и кастовая принадлежность определяется генетически, а у других зависит от того, чем и в каком количестве кормили личинку в детстве (будущих цариц кормят чаще и самой высококалорийной пищей). Так что не исключено, что в колониях других видов эти два варианта поведения обуславливаются совсем другими факторами…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"