Одни муравьи спешат на помощь другим, тогда как их сородичи ничего не делают

Фото из открытых источников

Некоторые муравьи спасают попавших в ловушку сородичей, и различия в активности генов нервной системы могут помочь объяснить, почему разные особи реагируют по-разному. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Experimental Biology.

Муравьиные колонии зависят от рабочих особей, выполняющих различные задачи, но эти рабочие особи не всегда реагируют одинаково на одно и то же событие. Один из ярких примеров — спасательное поведение, когда муравей роет, тянет или кусает удерживающие предметы, чтобы помочь освободить застрявшего сородича. Одни работники помогают, другие же подходят близко, но ничего не делают.

Новое исследование пустынного муравья Cataglyphis nigra предполагает, что это различие в большей степени связано с активностью генов в нервной системе, чем с размером тела, размером мозга или запасами энергии.

Спасение требует времени и энергии, может подвергнуть помощника опасности и не приносит немедленной прямой выгоды. Тем не менее, оно может защитить родственных членов колонии.

«Наше исследование показывает, что у муравьев готовность помочь связана с измеримыми различиями в активности генов», — сказала соавтор исследования профессор Сюзанна Фойцик из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (JGU). «Это очень интересно, потому что спасательное поведение долгое время ассоциировалось в основном с млекопитающими, в то время как этот тип поведения независимо развился у муравьев».

Зимой 2023 года команда собрала семь колоний Cataglyphis nigra на песчаных дюнах Тель-Барух в Израиле. Перед началом тестирования из каждой колонии по 40 рабочих особей помещали в отдельные ящики.

Рабочего муравья из первоначальной колонии задержали в центре покрытой песком арены. Исследователи открыли вход и наблюдали за муравьями в течение 15 минут. Спасателю приходилось подходить к пойманному муравью на расстояние примерно от 1 до 1,5 сантиметров и тратить не менее пяти секунд на то, чтобы кусать, тянуть или копать вокруг него. Муравьи, не занимавшиеся спасением, также подходили достаточно близко, чтобы потенциально обнаружить сородича по гнезду или его сигналы, но не оказывали помощи.

Спасатели действовали не просто быстрее или активнее. На всей арене обе группы двигались со схожей средней скоростью, преодолевали примерно одинаковое расстояние и проходили примерно одинаковые общие дистанции.

Разница проявилась вблизи застрявшей рабочей особи. Спасатели достигли внешней области вокруг сородича примерно на три минуты раньше, а внутренней — примерно на четыре минуты раньше, а затем замедлили ход, приблизившись к нему. Они также обыскали большую часть прилегающей территории. Спасатели обследовали примерно на 24 процента больше внешней и на 49 процентов больше внутренней территории, чем те, кто не участвовал в спасательных работах.

Далее команда исследовала, какие гены активны в разных частях нервной системы. Они использовали секвенирование РНК — метод, измеряющий количество молекул РНК, образующихся, когда клетки используют информацию от генов.

Для анализа использовались ткани 28 муравьев, при этом в каждый образец были включены ткани двух рабочих муравьев из одной и той же поведенческой группы. Исследовательская группа изучила усики, зрительные доли, отвечающие за обработку визуальной информации, оставшуюся часть центрального мозга и грибовидные тела — области мозга, которые объединяют сенсорную информацию и помогают направлять поведение.

Наиболее сильный сигнал, связанный со спасением, был обнаружен в грибовидных телах.

«При спасении животных наблюдалась повышенная активность 15 генов, в том числе генов, связанных с восприятием запахов, гормональной регуляцией, метаболическими процессами и иммунными функциями», — сказала соавтор исследования Луиза Мария Хаймес-Нино из Университета Джеймса Гумбольдта.

«В ходе исследования всех исследованных тканей мы обнаружили в общей сложности девять генов, которые были более активны у муравьев, занимающихся спасением, чем у тех, кто этим не занимается», — сказала Луиза Мария Хаймес-Нино.

В подробной статье сообщается о девяти генах, связанных с восстановлением функции тканей при одновременном анализе всех типов тканей, при этом восемь генов проявляют большую активность у пациентов, у которых наблюдалось восстановление функции, а один — меньшую.

При отдельном исследовании каждой ткани было обнаружено, что 15 генов были более активны в грибовидных телах, один — в зрительных долях, а в антеннах и остальной части центрального мозга различий не наблюдалось.

Другие были связаны с обработкой запахов, ювенильным гормоном — химическим мессенджером, влияющим на развитие и поведение насекомых, — и полиаминами, малыми молекулами, участвующими в контроле генов и реакции на запахи.

«Напротив, наши результаты предполагают, что различия в обработке сенсорных стимулов и в определенных молекулярных сигнальных путях могут влиять на то, будет ли муравей реагировать на находящуюся в опасности сородича», — отмечает профессор Фойцик.

Исследователи также задались вопросом, отличались ли спасатели физически. Размер мозга у спасателей и лиц, не участвовавших в спасательных работах, не отличался.

В отдельном эксперименте, проведенном с использованием 10 дополнительных колоний, собранных в 2025 году, команда сравнила 19 спасенных особей с 12 особями, не участвовавшими в спасении. Они измерили параметры тела, сухую массу и долю накопленного жира.

Не было никаких убедительных доказательств того, что спасатели были крупнее или имели больше запасов энергии. Более крупные муравьи демонстрировали слабую тенденцию чаще оказывать помощь, но эта разница была недостаточно существенной, чтобы считаться достоверной.

Результаты не показывают, что какой-либо один «ген помощи» контролирует поведение, направленное на спасение. Исследователи не изменяли гены, чтобы проверить, изменится ли поведение, поэтому результаты показывают скорее взаимосвязь, чем прямую причинно-следственную связь.

Команда также не смогла определить, какой именно сигнал заставил спасателей отреагировать быстрее. Возможно, в этом участвовали запах, вибрация, зрение, движение или несколько сигналов одновременно.

Гены, связанные с иммунитетом, также допускают несколько объяснений. Активность иммунной системы может влиять на нервную систему насекомых, но спасатели также могут подвергаться большему риску травм или инфекций, поскольку само спасение опасно.

Анализ РНК был небольшим, а образцы тканей от пар муравьев были объединены, что снизило возможность связать активность генов с индивидуальным поведением. Три запланированных образца тканей также были утеряны в процессе обработки.

Пятнадцатиминутный эксперимент создал еще одно ограничение, поскольку некоторые муравьи, помеченные как не являющиеся спасителями, могли бы помочь, если бы тест продолжался дольше.

Кроме того, группа исследователей не проводила прямых измерений уровня ювенильного гормона, полиаминов, иммунной активности или активности фрагментов ДНК, способных перемещаться или самовоспроизводиться.

Профессор Фойцик отмечает, что муравьи предоставляют полезный инструмент для изучения причин, по которым члены одной и той же социальной группы могут реагировать по-разному.

«Муравьи — особенно хорошая модель для изучения биологических основ сложного социального поведения», — говорит Фойцик. «Наше исследование показывает, что отдельные животные в одной и той же колонии не только реагируют по-разному, но и что эти различия также связаны с измеримыми молекулярными процессами».

Полученные результаты не позволяют приравнять спасение муравьев к помощи или сочувствию со стороны человека. Вместо этого муравьи предлагают более простую биологическую систему для изучения того, как сенсорная информация, активность нервной системы и индивидуальное поведение могут быть взаимосвязаны.