Муравьи просят умереть, чтобы спасти семью

Муравейники функционируют как живые организмы. Королевы производят потомство, рабочие чистят, кормят и защищают, а куколки развиваются в специальном nursery. Когда в колонию проникает болезнь, весь «суперорганизм» оказывается под угрозой.

Недавние исследования показали, как далеко муравьи готовы зайти, чтобы предотвратить катастрофу: смертельно больные куколки меняют свой запах тела, чтобы передать недвусмысленное сообщение – найди меня, продезинфицируй меня, и, если необходимо, убей меня.

Это приводит к быстрой сортировке (триажу), которая защищает здоровье колонии, даже ценой жизней отдельных особей. Болезнь муравьев становится сигналом. Многие социальные животные пытаются скрыть болезнь, чтобы избежать изгнания. Но муравьиные куколки поступают наоборот. Как обнаружили авторы исследования в Институте науки и технологий Австрии (ISTA), куколки, столкнувшиеся с неконтролируемой инфекцией, активно сигнализируют, что они опасны.

Химический сигнал самопожертвования

Предупреждение – это не драматичный звуковой сигнал, а химия. Запах их тела изменяется так, что сородичи распознают это с точностью. «Что на первый взгляд выглядит как самопожертвование, на самом деле также выгодно отправителю сигнала: это защищает его сородичей, с которыми он разделяет много генов», сказала первый автор исследования Эрика Доусон, бывший постдок в ISTA.

Предупреждая колонию о своей смертельной болезни, больные муравьи помогают колонии оставаться здоровой и производить дочерние колонии, что косвенно передает гены отправителя в следующее поколение. Эта логика – генетическая выгода за счет потери особи – представляет собой первый подробный описательный пример альтруистического сигнализирования болезни у социальных насекомых.

Быстрая дезинфекция спасает муравейники

Как только рабочие обнаруживают измененный запах, они не медлят. Они рвут защитный кокон куколки («распаковывают»), делают надрезы на покрове, чтобы создать маленькие отверстия, и заливают тело муравьиной кислотой – собственным противомикробным ядом муравьев. Это жестоко эффективный дезинфектант, смертельный для грибков или бактерий, размножающихся внутри.

Но он также смертелен для куколки. Компромисс очевиден: одна смерть сейчас, чтобы избежать многих смердеь позже. Если слабая куколка умрет незамеченной, патогены могут резко увеличиться в числе, превратив nursery в эпидемический очаг. Нажав химическую кнопку «помоги мне, удали меня», зараженные куколки предотвращают эту цепную реакцию.

Муравейники эхом отражают иммунную защиту

Исследование опирается на поразительное сравнение. Колонии и тела имеют общую базовую конструкцию: размножение сосредоточено (королевы в муравейниках, половые клетки в гонадах), а обслуживание распределено между неразмножающимися рабочими или соматическими клетками.

Обе системы зависят от сотрудничества и тесной связи для выживания. И обе используют знакомый прием, когда части становятся опасными – найти их и уничтожить. Взрослые муравьи, приближающиеся к смерти, покидают гнездо, чтобы умереть вне колонии. Аналогично, рабочие, подвергшиеся воздействию спор грибков, практикуют социальную дистанцию.

Однако это возможно только для подвижных особей. Муравьиные куколки внутри колонии, как инфицированные клетки в ткани, в основном неподвижны и лишены этой возможности. Иммунологи называют химический призыв, который привлекает иммунные клетки к обреченной ткани, сигналом «найди меня и съешь меня». Оказывается, куколки муравьев разработали параллельное решение.

Болезнь оставляет запах

Сотрудничество команды с химическим экологом Томасом Шмиттом из Вюрцбургского университета показало, как упакован этот сигнал. Это не диффузный пар, заполняющий гнездо (поскольку рабочие атакуют конкретных куколок в куче), поэтому подсказкой не может быть летучий газ. Вместо этого, это изменение в нелетучих углеводородах, покрывающих поверхность куколки.

Два компонента естественного запаха муравьев резко усиливаются, когда куколка смертельно больна. Чтобы проверить причинно-следственную связь, исследователи проделали изящный эксперимент: они извлекли запах из сигнализирующих куколок и применили его к здоровым. Муравьи реагировали точно так же, как будто эти здоровые куколки были инфицированы, что доказывает, что измененный запах тела достаточен для запуска экстренного протокола колонии.

Точность руководит действиями муравейника

Кrucially, химический крик о помощи не является неразборчивым. Команда обнаружила, что куколки, предназначенные стать королевами (оснащенные более сильными иммунными защитами), не испускали предупреждающего запаха и могли подавить инфекцию сами. Рабочее потомство, лишенное этих надежных защит, сигнализировало, когда патоген выходил из-под контроля.

Эта тонкость важна. Если бы сигнал был слишком чувствительным, здоровые или восстанавливающиеся куколки были бы принесены в жертву ненужно; если бы он был слишком слабым, инфекции просочились бы сквозь. Муравьи настроили систему, чтобы поймать действительно терминальные случаи, спасая тех, кто способен выздороветь.

Социальный иммунитет по замыслу

Работа переосмысливает социальный иммунитет не как свободный набор гигиенических привычек, а как скоординированную, многоуровневую оборону. На уровне колонии рабочие применяют дезинфектанты, управляют потомством и изолируют угрозы. На уровне отдельной особи терминальные куколки переворачивают химический выключатель, который привлекает это внимание, и принимают последствия.

«Эта точная координация между индивидуальным и колониальным уровнями делает альтруистическое сигнализирование болезни таким эффективным», – сказала Крэмер. Это также объясняет, почему такая система могла эволюционировать. Колонии с ранним предупреждением куколок и решительными рабочими с большей вероятностью выживают во время вспышек, производят дочерние колонии и распространяют свои гены. Особи, запускающие свое удаление, все равно «выигрывают» в эволюционном смысле, потому что их родственники делают это.

Сотрудничество обеспечивает выживание колонии

На фоне иммунного ответа тела муравьи предлагают яркий урок: сложная жизнь зависит от беспощадной ясности относительно того, когда части становятся обузой. Клетки запускают программы смерти; куколки транслируют свою гибель. В обоих случаях быстрый, целенаправленный ответ сохраняет целое.

То, что эта хореография опосредована химией – минимальными сдвигами в восковых углеводородах – говорит о изощренности обществ насекомых. Сообщение невидимо, результат неоспорим: найди меня, убей меня, спаси нас.

Теперь вы знаете, насколько сложна и совершенна природа. Что вы думаете об этом открытии? Напишите в комментариях!