У муравьев Есть Исключительно Обоняние ‘Привет-определения’

Исследовательская группа, во главе с Лоуренсом Цвибелем в Вандербилте, недавно закончила первую первую полную карту обонятельной системы, которая предоставляет муравьям их вкус и запах. Они нашли, что у трудолюбивых насекомых есть гены, которые делают приблизительно 400 отличных рецепторов с приятным запахом, специальные белки, которые обнаруживают различные ароматы. В сравнении, тутовые шелкопряды имеют 52, дрозофилы имеют 61, диапазон москитов от 74 до 158 и пчела медоносная имеет 174.
«Самый захватывающий момент для меня был то, когда анализ возвратился, показывая, что мы идентифицировали больше чем 400 ИЛИ гены, наибольшее число любых известных видов насекомых,» сказал Ксиэофэн Жоу, научный сотрудник, который возглавлял процесс характеристики. «Это означало, что мы успешно сделали первый шаг к получению нового уровня понимания сложной социальной системы, которая сделала муравьев одной из самых успешных семей на планете.»
Люди долго заинтриговывались и вдохновлялись способностью муравьев сформировать чрезвычайно организованные колонии с подразделением рабочей силы, связи между людьми и способностью решить сложные проблемы. В течение некоторого времени, ученые также знали, что химическая коммуникация играет важную роль в поведении муравья. «Таким образом, это — разумная гипотеза, что это драматическое расширение в ощущающей аромат способности состоит в том тем, что позволило муравьям развивать такой высокий уровень общественной организации,» сказал Лоуренс Цвибель, преподаватель биологических наук, который направил новое исследование, которое было издано в проблеме 30 августа журнала PLoS Genetics.
Команда Цвибеля характеризовала обонятельные системы двух отчетливо различных видов муравьев как часть междисциплинарного проекта, названного «Epigenetics Поведения, Долговечности и Общественной организации у Муравьев,» возглавляемый Дэнни Райнбергом Нью-Йоркского университета и финансировал Говардом Хьюзом Медицинский Институт. В 2010, проект упорядочивал геномы двух разновидностей — Флоридского муравья плотника (Camponotus floridanus) и индийский подскакивающий муравей (Harpegnathos saltator) — впервые. Это усилие готовило почву, чтобы сделать подробное обонятельное исследование возможным.
Обонятельная система большинства насекомых сосредоточена в их антеннах и широко составлена из трех различных классов рецепторов: рецепторы с приятным запахом (ORs), которые идентифицируют различные ароматические соединения и феромоны; вкусовые рецепторы (GRs), которые различают различные вкусы и реагируют на некоторые феромоны; и недавно обнаруженные ionotropic глутаматные рецепторы (IRs), которые узко настроены на различные ядовитые и ядовитые составы. Исследование нашло, что на основном расширении в обонятельной системе муравья сосредотачиваются ORs. Число GRs и IRs сопоставимо с найденными у других насекомых.
Автоматизированный анализ начальной буквы двух геномов муравья нашел только приблизительно 100 генов для ORs и десять GRs. «Мы знали, что эти числа были низки, потому что обонятельные рецепторы очень трудно идентифицировать,» сказал Жоу. Таким образом, он и его коллеги проектировали автоматизированный процесс bioinformatic романа с этой целью, объединенный с обширной ручной оценкой.
Исследователи также сравнили и идентичность и уровни экспрессии ORs в двух разновидностях и нашли существенные различия. Это не было удивительно, потому что две разновидности были отобраны, чтобы отразить высокий уровень разнообразия, которое существует в пределах семейства муравьев. Муравьи плотника живут в больших колониях с долговечными королевами, которые производят все оплодотворённые яйцеклетки. Есть две касты бесплодных рабочих. Когда королева умирает, так делает колонию. Подскакивающие муравьи, в отличие от этого, живой в небольших группах, различии между королевой и рабочими islimited, и некоторыми рабочими могут соединять и положить оплодотворённые яйцеклетки. «Различия в рецепторах, наиболее вероятно, связаны с различием в образах жизни двух разновидностей,» сказал Жоу.
Точно так же их анализ нашел важные различия в ORs в антеннах мужчин и женщин. В целом, они нашли, что у мужчин есть только одна треть число ORs, который выражают женщины. «Основная роль мужчин — оплодотворение яиц, таким образом, мы предполагаем, что ORs, который мужчины выражают и это женщины, не делает, вероятно, настроены на феромоны, произведенные королевой,» сказал Жоу.
Команда также сделала начальные шаги в идентификации химических сигналов, которые выделяют определенный ORs. Научный сотрудник Джесси Слоун приспособил испытание, которое группа первоначально развивала для того, чтобы соответствовать ORs с химическими сигналами у москита малярии. Испытание вовлекает вставку гена для рецептора в яйца лягушки так, чтобы рецепторы были выражены на поверхности яйца. Телеграфируя яйца и затем выставляя их различным химическим соединениям, яйца производят измеримый электрический сигнал, когда рецептор активизирован.
Слоун использовал это испытание, чтобы идентифицировать составы, которые вызывают один ИЛИ на каждом из видов муравьев. Он нашел, что ароматическое соединение, найденное в анисе, вызвало ИЛИ от подскакивающего муравья, которого он проверил. Рецепторы были найдены и в мужчинах и в рабочих. Так как исследования показали, что у нефти аниса есть репеллент и/или инсектицидный эффект на некоторые виды насекомых, состав может быть общим средством от насекомых, которое это ИЛИ разработано, чтобы обнаружить, Слоун размышляет.
В сравнении, ИЛИ от муравья плотника, оказалось, реагировал на естественное с приятным запахом, найденное в приготовленной говядине и свинине. Ученые понятия не имеют, почему этот состав относится к муравьям, но они действительно устанавливали, что определенный рецептор увеличен в рабочих, относительно мужчин.
«Это — только начало. Но мы продемонстрировали, что у нас есть основные инструменты, мы должны действовать как ‘ИЛИ детективы’, чтобы нанести на карту муравьев ‘пространство аромата’ и идентифицировать химические сигналы, что более аккуратные определенные поведения в обширном репертуаре муравья,» сказал Слоун.
Это представляет открытие главной новой авеню исследования для Лаборатории Zwiebel, которая была сосредоточена на новаторской работе, вскрывающей противоречия в обонятельной системе москита малярии. «Когда я был в аспирантуре, группе нас приснилась расшифровка роли, что гены могли бы играть у муравья социальное поведение. Таким образом, я не мог отказаться от этой возможности, когда она приходила. Потребовалось 30 лет, но мы наконец добрались до пункта, где мы можем фактически сделать эти исследования.»
Доцент Байолоджикэл Сайенсеса Антониса Рокиса, профессора Шелли Бергер в Университете Пенсильвании, доцента Jürgen Liebig в Университете штата Аризона, Помощник Профессорэнэндасанкэр Рей в Калифорнийском университете, Риверсайде и профессоре Дэнни Райнберге в Нью-Йоркском университете также способствовали исследованию, которое финансировалось Говардом Хьюзом Медицинский Институт.