Древние нейропептиды управляют заботой о чужом потомстве у муравьёв

Нейропептиды, которые миллионы лет регулировали пищевое поведение, оказались ключевыми дирижёрами социальной заботы у муравьёв. Учёные выяснили, что именно эти древние молекулы заставляют рабочих особей ухаживать за личинками, не являющимися их собственными. Открытие, опубликованное в журнале Nature

Исследователи из Рокфеллеровского университета сосредоточились на муравьях вида Temnothorax curvispinosum — небольших коричневых насекомых, обитающих в полостях веток. Эти муравьи живут колониями, где рабочие особи стерильны и всю жизнь посвящают уходу за потомством королевы. Такое поведение, известное как аллопарентальная забота, долгое время оставалось загадкой для нейробиологов: какие именно сигналы в мозге заставляют муравья кормить и чистить чужих личинок?

Нейропептиды FMRFamide: от еды к заботе

Семейство нейропептидов FMRFamide — одни из самых древних сигнальных молекул в животном мире. Они встречаются у всех билатеральных организмов, от круглых червей до человека. Традиционно эти пептиды связывали с регуляцией питания, пищеварения и поиска пищи. Однако новое исследование показало, что у муравьёв они выполняют совершенно иную функцию.

В ходе экспериментов учёные активировали нейроны, продуцирующие FMRFamide, в мозге рабочих муравьёв. Когда муравьи контактировали с личинками, уровень этих нейропептидов резко возрастал. Если же исследователи блокировали синтез FMRFamide с помощью технологии CRISPR, муравьи переставали ухаживать за потомством: они не кормили личинок, не чистили их и даже не перемещали в безопасные места. При этом другие виды поведения, например, поиск пищи или агрессия, оставались неизменными.

Как CRISPR и оптогенетика помогли раскрыть механизм?

Для точного контроля над нейропептидами команда применила сразу два передовых метода. С помощью CRISPR они выключили ген, кодирующий предшественник FMRFamide, и наблюдали за поведением муравьёв в течение нескольких недель. Затем с помощью оптогенетики — технологии, позволяющей активировать нейроны светом, — исследователи включали синтез нейропептида в нужный момент. Это позволило доказать, что именно FMRFamide, а не другие молекулы, запускает родительское поведение.

Интересно, что активация тех же нейронов у муравьёв, которые не контактировали с личинками, не вызывала заботы. То есть нейропептиды работают не как универсальный «переключатель», а как модулятор, усиливающий уже существующую реакцию на детёнышей. Это говорит о том, что эволюция «перепрофилировала» древнюю систему пищевого поведения для социальных нужд.

Почему это открытие важно для науки?

Результаты исследования имеют значение далеко за пределами мира насекомых. Понимание того, как древние молекулы приобретают новые функции, помогает разгадать эволюционные механизмы социального поведения. У человека и других млекопитающих тоже есть нейропептиды, родственные FMRFamide, например, NPFF (нейропептид FF). Они участвуют в регуляции боли, стресса и, возможно, социальных связей.

Биологи и эволюционные психологи теперь могут искать аналогичные механизмы у других социальных видов: от пчёл и термитов до птиц и млекопитающих. Если окажется, что нейропептиды, управляющие питанием, повсеместно используются для заботы о потомстве, это станет примером эволюционной конвергенции на молекулярном уровне.

Какие вопросы остаются открытыми?

Главная неясность — универсальность найденного механизма. Учёные изучили только один вид муравьёв, и неизвестно, работает ли та же система у других социальных насекомых, таких как медоносные пчёлы или термиты. Кроме того, остаётся загадкой, как именно FMRFamide взаимодействует с другими нейромедиаторами, например, с дофамином или окситоцином, которые тоже связаны с социальным поведением.

Другой важный вопрос — как нейропептиды «узнают», что перед ними именно личинка, а не еда. Вероятно, в игру вступают хемосенсорные сигналы: муравьи воспринимают химические вещества на поверхности личинок, и эти сигналы запускают каскад нейронных реакций. Однако точные молекулярные пути ещё предстоит расшифровать.

Кого затронет это открытие?

В первую очередь, исследование будет интересно нейробиологам и энтомологам, изучающим социальное поведение насекомых. Оно даёт новый инструмент для анализа: теперь можно целенаправленно влиять на аллопарентальное поведение, манипулируя уровнем FMRFamide. Это открывает путь к экспериментам на других видах.

Кроме того, результаты могут иметь прикладное значение для понимания расстройств социального поведения у человека. Например, при аутизме или шизофрении часто нарушена способность к эмпатии и заботе. Если у млекопитающих найдутся аналогичные нейропептидные системы, это может стать мишенью для терапии.

Что дальше?

Учёные планируют проверить, как FMRFamide влияет на поведение муравьёв в более сложных социальных контекстах — например, при распределении обязанностей в колонии или при уходе за больными особями. Также они намерены изучить, меняется ли экспрессия нейропептида в зависимости от возраста муравья или его статуса в иерархии.

Параллельно другие группы исследователей уже начали поиск аналогичных механизмов у пчёл. Если гипотеза подтвердится, это будет означать, что эволюция социального поведения у насекомых опирается на одни и те же молекулярные «кирпичики», возникшие ещё до разделения линий насекомых и позвоночных. А значит, альтруизм и забота о потомстве — не изобретение млекопитающих, а древняя стратегия, закодированная в нейропептидах.

Открытие также подчёркивает, насколько гибкой может быть эволюция: одни и те же молекулы способны выполнять совершенно разные функции в зависимости от контекста. Для муравьёв FMRFamide стал ключом к социальной жизни, а для других животных он по-прежнему остаётся регулятором аппетита. Изучение этого «переключения» может пролить свет на то, как вообще возникают новые формы поведения.