Исследование трансгенных муравьев показало, как мозг воспринимает тревожные запахи

Ученые выявили три уникальные области мозга, которые реагируют на сигналы тревоги. В этих областях, так называемых «клубочках», сходятся очень многие нервные окончания. Обработка запаха регулирует социальное поведение муравьев.

«Это первый случай, когда у общественного насекомого всего несколько клубочков отвечают за определенное поведение», — сказал журналу Nature соавтор работы Дэниел Кронауэр.

Муравьи — социальные животные, которые общаются друг с другом, выделяя ароматические химические вещества - феромоны. Клонированные муравьи вида Ooceraea biroi, которых изучали исследователи, слепы. «По сути, они живут в мире запахов», — говорит Кронауэр. — «Таким образом, большая часть их социального поведения регулируется феромонами».

Когда муравей чувствует опасность, он выпускает тревожные феромоны из железы на своей голове, чтобы предупредить товарищей по гнезду. Другие муравьи принимают сигнал, подбирают личинок и убегают из гнезда. «Вместо развития специальных, сложноустроенных зон мозга для распознавания лиц или обработки речи, муравьи расширили возможности обонятельной системы», — говорит Кронауэр.

Исследователи клонировали трансгенных муравьев, вводя в яйца насекомых вектор, несущий ген зеленого флуоресцентного белка в сочетании с молекулой, которая указывает на активность кальция в мозге.

По словам Кронауэра, этому процессу способствовала уникальная биология животных: «Они бесполые, у них нет маток, поэтому мы можем клонировать любую трансгенную вставку от любой особи». Эти муравьи размножаются партеногенезом.

Команда подвергла 13 трансгенных муравьев воздействию 4 тревожных феромонов во время визуализации мозга, чтобы изучить, как они обрабатывают сигналы опасности. Ученые обнаружили, что четыре феромона активировали четыре клубочка во всем мозге. «Это сильно отличается от того, что мы ожидали увидеть. Предыдущие исследования предполагали, что эти ответы будут очень широкими. Мы ожидали, что будут возбуждены 20% клубочков, то есть около 100», — говорит Кронауэр.

Ученые идентифицировали специфический клубочек, который они назвали «паническим», который реагировал на любой из трех феромонов, каждый из которых побуждал к бегству. Они также идентифицировали клубочек, который отвечал за четвертый феромон, — самый страшный — уловив этот запах муравьи покидают гнездо без личинок.

Эти результаты помогают «понять, как обоняние работает на молекулярном уровне, как оно обрабатывается, как реагирует особь», — говорит независимый эксперт Юрген Либих, биолог из Аризонского государственного университета в Темпе. — «Теперь можно использовать эти трансгенные инструменты и создавать трансгенных муравьев для изучения функций определенных генов».

Главный вывод, к которому пришли ученые, довольно неожиданный: в некоторых случаях нейронные механизмы, определяющие поведение насекомого крайне простые и строго локализованные. Есть ли такие «элементарные» реакции у человека и какие они, выяснить еще предстоит.