Куколки инвазивных муравьев Lasius neglectus, зараженные патогенным грибком, выделяют кутикулярные углеводороды, по которым рабочие особи их обнаруживают и затем уничтожают, чтобы не допустить распространения инфекции. Австрийские исследователи выяснили, что этот химический сигнал не связан с инфекцией напрямую: его подают только куколки рабочих особей и только в присутствии взрослых особей, способных их уничтожить. Куколки королев углеводородов при заражении не выделяют: они, в отличие от куколок рабочих, обычно сами справляются с инфекцией и не нуждаются в уничтожении. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Социальные животные могут заботиться о больных и раненых сородичах, особенно когда их собственная или общая приспособленность зависит от этой заботы. Так, шимпанзе иногда обрабатывают раны сородичей, термиты чистят друг друга от патогенных грибков, а муравьи отгрызают раненые ноги членам колонии, чтобы не развилась инфекция. В случае общественных насекомых это называется социальным иммунитетом: зараженные или раненые общественные насекомые обычно сигнализируют сородичам о повреждениях или инфекции, поскольку это повышает их шансы выжить, а также защищает всю колонию.
Но больного не всегда можно спасти, и тогда главным приоритетом становится защита остальной группы. Так, муравьи Lasius neglectus разрушают кокон, в котором содержится зараженная грибком Metarhizium brunneum куколка, и дезинфицируют ее, в результате чего куколка гибнет. При этом инфицированная куколка и в этом случае подает химические сигналы, необходимые для ее обнаружения, — выделяет повышенное количество кутикулярных углеводородов (cuticular hydrocarbons, CHC).
Ученые из Института науки и технологий Австрии во главе с Эрикой Доусон (Erika Dawson) решили выяснить, как именно запускается эта сигнализация, обрекающая куколок на смерть, — пассивно, в ответ на инфекцию, или активно — в присутствии рабочих особей, которые могут этот сигнал распознать. Они заражали куколок грибком и содержали их либо вместе с двумя рабочими, либо изолированно. То же проделывали и с неинфицированными куколками. У всех куколок исследователи измеряли уровни CHC и сравнивали их. Кроме того, они использовали в эксперименте куколок, из которых вылупятся рабочие или королевы, чтобы выяснить, будут ли они сигнализировать одинаково.
У куколок рабочих особей, содержавшихся со взрослыми рабочими, уровни двух типов CHC повышались при заражении. Однако если куколки содержались изолированно, этого не происходило. При этом экспрессия генов, связанных с иммунным ответом, была одинакова в обоих контекстах и не зависела от присутствия рабочих. То есть сигнализация посредством кутикулярных углеводородов не была прямым следствием активности иммунитета, а запускалась только в присутствии сородичей. В ответ на эту сигнализацию рабочие муравьи вскрывали коконы куколок и убивали их дезинфицирующим укусом.
Инфицированные куколки королев не сигнализировали о заражении, даже если они подвергались более высоким дозам патогена. Кроме того, гены, связанные с иммунитетом, до инфицирования у них экспрессировались активнее. Хотя после заражения уровни экспрессии этих генов у куколок королев и рабочих сравнялись, куколки королев справились с инфекцией самостоятельно: инфекционная нагрузка в какой-то момент достигла пика и начала снижаться, тогда как у куколок рабочих она все время росла. Поскольку сигнала не поступало, рабочие муравьи не трогали зараженных куколок королев.
В заключении ученые нанесли экстракт CHC зараженных куколок на здоровых и увидели, как рабочие вскрывают и дезинфицируют их. Это происходило даже с куколками королев, и ученые предположили, что и они могут сигнализировать рабочим о смертельной инфекции, если таковая разовьется.
Авторы сравнили сигнализацию зараженных куколок в муравейнике с тем, как инфицированные клетки организма сигнализируют иммунным клеткам уничтожить их. Активная сигнализация зараженных куколок об инфекции позволяет муравьям уничтожать не весь расплод без разбора — а только тех, чей иммунитет не справляется с патогеном. По мнению ученых, такой механизм развился в колониях общественных насекомых, поскольку приспособленность отдельных особей зависит от выживаемости всей колонии, где рабочие не размножаются, но гарантируют выживаемость королевы, а королева — гарантирует передачу общих генов.
Хищные африканские муравьи по профилю кутикулярных углеводородов могут понять, что рана сородича инфицирована, и тогда обрабатывают ее лучше и чаще.
