讓工蟻保持一致的蛋白質也能讓它們成為蟻后

  對於大多數螞蟻物種來說,生來就是工蟻就意味著一生都要按部就班地工作。但是,對於 Harpegnathos saltator(又稱傑爾登跳蟻或印度跳蟻)來說,升遷總是有希望的。如果蟻后死了,工蟻們就會和同伴們一決高下,爭奪王位。競爭者都會變成 “gamergates”(”gam “與 “ham “押韻)–具有蟻后特質的螞蟻。

工蟻和蟻后在蟻群中扮演著不同的社會角色。大量的工蟻尋找食物並與入侵者搏鬥,而唯一的蟻后則生育更多的工蟻。當工蟻成為配角時,它們的身體會發生變化,以反映它們新的潛在角色–它們的毒囊縮小,卵巢增大。先前的研究還表明,從工蟻到配角的轉變涉及到大腦大小的變化、激素的改變以及壽命延長 5 倍。但引發這些轉變的確切機制長期以來一直是個謎。在《細胞》(Cell)雜誌的一篇新論文中,一個生物學家和遺傳學家小組報告說,他們已經破解了這一難題。只需改變螞蟻大腦中的一種蛋白質–Kr-h1(Krüppel homolog 1)的表達,就足以啟動一連串的變化,讓工蟻走向王位。

Kr-h1 的工作是響應兩種激素的指令–一種是工蟻體內含量較多的幼蟻激素,另一種是蟻后體內含量較多的蛻皮激素。給一隻 10 天大的螞蟻注射更多的幼年激素,Kr-h1 就會關閉與蟻后有關的基因,促進工蟻基因的發展。給螞蟻注射蛻皮激素,Kr-h1則會起到相反的作用,促進蟻后行為。研究人員還發現,如果從螞蟻神經元中刪除Kr-h1,工蟻開始表現得更像配子蟻,而配子蟻則更像工蟻。

“賓夕法尼亞大學的生物學家謝莉-伯傑(Shelley Berger)在一份聲明中說:”這種蛋白質調控工蟻和配子蟻體內的不同基因,防止螞蟻做出’與社會不相稱’的行為。”也就是說,需要 Kr-h1 來維持社會等級之間的界限,確保工蟻繼續工作,而雌蟻繼續像蟻后一樣行事。

在這些螞蟻體內,Kr-h1就像是兩種狀態之間的切換開關。弗裡堡大學神經科學家阿德裡亞-勒博夫(Adria LeBoeuf)研究社會性昆蟲,但沒有參與這項工作,她告訴《科學家》:”但未來的工作將需要確定這些蛋白質和激素是如何影響特定行為的。她說:”這些激素以某種方式進入大腦,[但]我們不知道它們是如何進入大腦的”,也不知道為什麼只有某些基因會對它們做出反應。此外,她還補充說,了解這些途徑在這些轉變過程中如何影響卵巢和身體的其他關鍵部位,對於揭示這些問題非常重要。

賓夕法尼亞大學的分子表觀遺傳學家、該論文的合著者羅伯託-博納西奧(Roberto Bonasio)在一份聲明中說,儘管如此,同一蛋白質在不同螞蟻種群的大腦中沉默不同基因並從根本上控制這種分離的事實仍然令人驚訝。”我們原以為這些工作會分配給兩個或更多不同的因子,每個因子只存在於一個或另一個大腦中。

伯傑在同一份聲明中說,關鍵信息是螞蟻擁有多種行為模式的所有線路,而這些行為模式的實施只取決於哪些基因被激活。”換句話說,傑基爾博士和海德先生的部分都已經寫進了基因組;每個人都可以扮演其中任何一個角色,這取決於打開或關閉哪個基因開關。”