В любом сложном обществе — будь то человеческий мегаполис или пчелиная колония — для выживания необходимо четкое разделение функций. Но в отличие от людей, пчелы обходятся без управляющих, инструкций и единого центра планирования. Их социальная организация базируется на возрастной специализации: молодые рабочие особи ухаживают за царицей и потомством, затем переходят к строительству и охране гнезда, и лишь в конце жизни отправляются на поиски нектара. Долгое время оставалось загадкой, какой именно биологический механизм заставляет насекомое своевременно менять профессию.
Как мозг пчел управляет разделением труда в улье без центрального планирования
Исследователи из Германии выяснили, как медоносные пчелы распределяют обязанности без приказов и руководства. Ученые обнаружили, что главную роль в этом процессе играют специфические нейронные сети головного мозга. Подавляя активность определенного гена, авторы работы научились менять поведение насекомых и возвращать стареющих особей к обязанностям молодых пчел, ухаживающих за царицей-маткой и личинками.
Голова самца пчелы-плотника с антеннами, тремя простыми глазками, сложными глазами и ротовым аппаратом. Википедия
Смена «профессий» пчелы — не жестко запрограммированная цепочка, а гибкая система. Если улей сталкивается с кризисом, например с гибелью всех молодых пчел-сиделок, взрослые пчелы-фуражиры способны буквально помолодеть на физиологическом уровне. У них снова активируются железы, вырабатывающие маточное молочко, и они возвращаются к уходу за личинками, спасая колонию от гибели.
Ответ удалось найти биологам из Университета имени Генриха Гейне. Объект исследования — около миллиона нейронов, формирующих мозг пчелы. Ученые обратили внимание на ген под названием doublesex, активный только в строго определенных нейронных цепях. Ученые разработали метод точечного отключения этих цепей: в организм насекомых вводили специальный белок, который подавлял сигналы в нужных участках мозга.
Рабочая пчела собирает нектар.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Результаты эксперимента оказались неожиданными. Когда у взрослых пчел-фуражиров подавляли работу гена doublesex, они внезапно возвращались к обязанностям, которые обычно выполняют только молодые особи, и снова начинали заботиться о матке. Как только блокировку снимали, пчелы возвращались к привычному поведению, соответствующему их возрасту. Работа опубликована в журнале PNAS.
Нейронные переключатели
Это открытие подтвердило, что в основе сложной социальной структуры улья лежит нейронный механизм. Подавление активности одних зон мозга автоматически запускает другие нейронные сети, вызывая смену поведенческих программ. По сути, ученые получили возможность по своему усмотрению переключать профессии рабочих пчел.
Медоносная пчела (Apis mellifera).
Исследование показывает, что постоянный обмен информацией между нейронными цепями служит базой для распределения ролей. Ведущий автор работы, доктор Яна Зайлер, отмечает: «Старшие рабочие пчелы снова начинали ухаживать за царицей, что обычно делают только молодые особи. Когда цепи не были подавлены, пчелы демонстрировали свое обычное поведение. Таким образом мы смогли контролировать, какие задачи выполняют рабочие пчелы».
Профессор Мартин Бейе добавляет, что способность управлять социальным поведением открывает новые возможности в изучении врожденного разнообразия и эволюции кооперации. По его словам, секрет того, как животные успешно организуют сложное поведение без внешнего руководства, зашифрован внутри их собственных нейронных сетей.
Загружаем