Świat mrówek bywa zaskakujący. Niedawno informowaliśmy, że najnowsze badania pokazują, że iberyjskie mrówki żniwiarki potrafią robić coś, co wydawało się niemożliwe – „produkować” potomstwo należące do innego gatunku.
To odkrycie zmienia nasze rozumienie ewolucji i granic międzygatunkowych. Teraz wiadomo skąd u mrówek superwęch.
Jeden receptor, jeden neuron
Jak można przeczytać na łamach Current Biology naukowcy badający mrówki klonalne odkryli unikalny proces, w którym każdy neuron wybiera pojedynczy receptor węchowy z obszernej biblioteki genów. Rozwiązują od dawna dręczącą zagadkę, w jaki sposób mrówki utrzymują wyraźne sygnały sensoryczne.
Opisujemy nową formę regulacji genów
Podstawową zasadą węchu jest to, że każdy neuron musi mieć swoją własną tożsamość molekularną. Jest to niezaprzeczalny dogmat. Różne gatunki rozwiązują zagadkę „jeden receptor, jeden neuron” na różne sposoby.
Nie wiadomo jednak, czy mrówki stosowały strategię bardziej zbliżoną do muchy lub myszy, czy też zupełnie inną. W przeciwieństwie do muszek owocowych, które radzą sobie z około 60 receptorami węchowymi, mrówki mają ich kilkaset – porównywalnych pod względem wielkości do ssaków.
Wiele z ich receptorów jest skupionych w klastrach niemal identycznych genów. W tak zatłoczonym sąsiedztwie aktywacja jednego genu może przypadkowo aktywować inne. Stąd wniosek, że mrówki utrzymują stosunek węchowy 1:1 w inny sposób.
Zrobiono badania DNA mrówek
Po rozcięciu tkanki czułków mrówek klonalnych, zespół naukowców wykorzystał sekwencjonowanie RNA, aby określić, które geny są włączone, oraz hybrydyzację fluorescencyjną RNA in situ, by zlokalizować te geny w czułkach mrówek. Następnie wykorzystali liczne najnowocześniejsze techniki molekularne i obliczeniowe, aby stworzyć wyraźny obraz wybranego receptora otoczonego przez jego wyciszone sąsiedztwo.
Odkryli, że gdy neuron mrówki włącza wybrany gen receptora, nie zatrzymuje się na tym. Polimeraza RNA – silnik, który kopiuje DNA do RNA – kontynuuje działanie poza normalny punkt końcowy genu, rozlewając się na geny znajdujące się poniżej celu.
Te transkrypty „odczytowe” pozostają uwięzione w jądrze, prawdopodobnie z powodu braku unikalnego znacznika wymaganego do eksportu. Polimeraza działa tutaj jak blokada, wyciszając geny znajdujące się wyżej w łańcuchu, które w przeciwnym razie mogłyby się aktywować. Rezultatem jest ochronna tarcza genetyczna wokół wybranego genu receptora.
„Odkryliśmy, że ta strategia służy wyciszeniu lokalnego środowiska genomowego, nadając komórce tożsamość pojedynczego receptora” – stwierdził Parviz Daniel Hejazi Pastor, pracownik naukowo-medyczny laboratorium Kronauera.
Zespół potwierdził, że ten sam mechanizm blokady działa u innych owadów społecznych, w tym u mrówki skaczącej indyjskiej i pszczoły miodnej. Odkrycia te wskazują, że wiele owadów, zarówno społecznych, jak i niespołecznych, wykorzystuje interferencję transkrypcyjną, aby utrzymać stosunek 1:1 między receptorami a neuronami.
Ten mechanizm może być jeszcze bardziej rozpowszechniony, niż sądziliśmy, szczególnie wśród gatunków owadów z bogatym repertuarem genów receptorów węchowych
Wyniki wskazują również na potencjalny mechanizm, który wyjaśnia jak szybko mrówki rozwinęły swój zmysł węchu w stosunkowo krótkim czasie ewolucji.
Co wiesz o owadach?
