Дофамин заставил муравьев-фуражиров более активно искать еду, говорится в iScience. Красные американские муравьи-жнецы могут реагировать на погоду: чем она более сухая, тем реже фуражиры выходят на поиски семян — основной пищи муравьев. Но если их кормить дофамином, муравьи отправляются за едой на 10–20 процентов чаще.

Красные американские муравьи-жнецы или бородатые муравьи-жнецы (Pogonomyrmex barbatus) — эндемики юго-западных областей США. Они обитают колониями, иногда довольно большими, и предпочитают засушливые места обитания. Муравьи питаются семенами, которые они измельчают, запасают в хранилищах и могут хранить в течение нескольких месяцев или даже лет. Рабочие муравьи в колонии делятся на фуражиров, солдат, и разведчиков, проверяющих безопасность тропинок.

В одной из предыдущих работ американские мирмекологи под руководством Деборы Гордон (Deborah Gordon) из Стенфордского университета выяснили, что активность фуражиров зависит от влажности. Некоторые колонии в засушливую погоду запасают существенно меньше пищи, на активность других сообществ погода влияет не так сильно.

В новом исследовании ученые решили выяснить, с чем связана такая избирательность. Они предположили, что активность муравьев-фуражиров может регулироваться дофамином. Известно, что между собой рабочие особи социальных насекомых общаются, в том числе, с помощью химических сигналов. В частности, поведение фуражиров у социальных насекомых регулируется биогенными аминами, которые вырабатываются из аминокислот. Например, дофамин влияет на их активность. При этом у фуражиров медоносных пчел и некоторых видов муравьев содержание дофамина в мозге выше, чем у других рабочих особей.

Чтобы проверить свою гипотезу ученые выбрали шесть колоний бородатых муравьев-жнецов. Фуражиры в трех из них резко ограничивали свою активность в засушливую погоду, муравьи из трех других так резко на изменение влажности не реагировали. Исследователи проанализировали различия в транскриптомах в мозгу муравьев из разных колоний. Транскриптом (набор РНК, которые синтезируются в клетке) позволяет отследить экспрессию генов и понять, какие белки образуются в клетке. Оказалось, что у муравьев, более чувствительных к погодным условиям, в мозге вырабатывалось больше ферментов, ответственных за синтез биогенных аминов и нейрогормонов.

Основываясь на результатах анализа транскриптома, ученые предположили, что разница в нейрофизиологии у муравьев приведет к изменению их активности. Чтобы это проверить, авторы работы изменили уровень дофамина в мозге насекомых. Они кормили муравьев-фуражиров раствором дофамина или его ингибитора 3-йодотирозина и отслеживали их активность. Оказалось, что муравьи, которых кормили дофамином выходили за едой на 10–20 процентов чаще, чем насекомые из контрольной группы. И наоборот, муравьи, которым вводили ингибитор дофамина, покидали гнездо на 19 процентов реже, чем контрольная группа.

Наконец, исследователи проверили, как муравьи, более чувствительные к влажности, будут реагировать на дофамин. Они провели эксперименты в девяти колониях, в которых часть фуражиров кормили раствором дофамина, а часть оставляли в качестве контрольной группы. Выяснилось, что в тех сообществах, где фуражиры были более чувствительны к погодным условиям, они сильнее реагировали на дофамин (p=0.028). Авторы статьи предполагают, что причиной этой корреляции могут быть генетические и эпигенетические факторы, которые влияют на выработку и активность дофамина у насекомых той или иной колонии.

Ранее мирмекологи обнаружили, что за репродуктивный статус особи в колонии муравьев отвечает единственный ген, кодирующий инсулин-подобный пептид второго типа. У королев экспрессия этого гена повышенная, а у рабочих особей — пониженная. Также оказалось, что взрослые муравьи, которые обмениваются с личинками ротовой жидкостью, передают в ней ювенильный гормон, который определяет будущую «специализацию» муравья и превращает его в солдата.

Автор: Екатерина Русакова