Cell最新论文：决定蚂蚁发育为工蚁或蚁后的竟然是单一蛋白质

《Cell》杂志最近发表一项新的研究表明对单个蛋白质的激活稍作调整就可以决定一些蚂蚁是否发育成低等的工蚁还是蚁后。

蚂蚁和蜜蜂等社会性的昆虫群体天生就是分工明确：工蚁就天生是劳碌的命负责干活和防卫的；雄蚁负责交配；蚁后则专门生孩子传宗接代。

但是科学家发现了一种蚂蚁杰登跳蚁(Harpegnathos saltator)则是不同的。当这个物种的女王去世时，殖民地的工人会为谁来接替她的位置而决斗。最终获胜的蚂蚁成为所谓的“gamergates”。抛开觅食工作，这些个体转而命令其他蚂蚁在附近，花时间繁殖和产卵，基本上接管了蚁后的角色。

先前的研究表明，gamergates的转变伴随着蚂蚁大脑的变化，包括不同的基因表达、不同的激素水平和不同的细胞成分。这些统治蚂蚁的寿命也比其他蚂蚁工蚁长约五倍。

但是究竟是什么触发了这种令人难以置信的中年转变呢？ 到目前为止，这主要是一个谜。

为了进一步探索大脑可塑性的想法，博纳西奥和他的同事对杰登跳蚁进行了一系列实验，其中它们的神经元暴露于不同水平的激素。

团队将注意力集中在两种激素上，特别是保幼激素III (JH3) 和蜕皮激素20-羟基蜕皮激素(20E)。 两者都被认为可以调节蚂蚁甚至其他一些社会昆虫（如蜜蜂）的社会行为。

在目前的研究中，当给蚂蚁大脑注射JH3的类似物时，作者发现它会降低它们的狩猎活动。另一方面，当将20E注入大脑时，它会刺激卵巢激活。

研究结果表明，这些激素的信号通路决定了杰登跳蚁从一种社会种姓向另一种社会种姓的转变。

通过分离蚂蚁大脑中的特定神经元，研究人员在实验室中更详细地测试了这种机制如何发挥作用。两种社会激素似乎最终都通过激活一种称为Krüppel同源物1 (Kr-h1) 的蛋白质因子来影响蚂蚁神经元。

Kr-h1有点像电灯开关，荷尔蒙就是手指，可以打开或关闭工人的大脑状态或gamergates的大脑状态。

具体来说，通过影响Kr-h1最终与神经元细胞内的哪些基因结合。对于工蚁体内的激素水平，Kr-h1似乎结合并抑制了与gamergates相关的基因。同时，对于gamergates中看到的激素水平，该蛋白质似乎抑制了基于工人的基因途径。

当这种蛋白质从蚂蚁的神经元中完全删除时，研究人员发现游戏蚂蚁开始表现得像工蚁，而工蚁开始表现得像游戏门。

虽然结果肯定表明有两种主要的社会激素控制着杰登跳蚁跳蚁的种姓行为，而且这是通过单一蛋白质因子完成的，但我们还需要进一步的研究来证明确实如此。

研究的作者想要调查Kr-h1的作用是否存在于共享类似神经激素的其他社会生物中。就目前而言，关键信息是似乎有多种可能的行为写入蚂蚁基因组，基因调控可以影响最终接管的行为。