Mravenci mají čtyři až pět krát více, zápach receptory než většina ostatních hmyzu, tým výzkumníků objevil.
výzkumný tým pod vedením Lawrence Zwiebela ve Vanderbiltu nedávno dokončil první první úplnou mapu čichového systému, která poskytuje mravencům jejich chuť a vůni. Zjistili, že pracovitý hmyz má geny, které tvoří asi 400 odlišných vonných receptorů, speciálních proteinů, které detekují různé pachy. Pro srovnání, hedvábné můry mají 52, ovocné mušky mají 61, komáři se pohybují od 74 do 158 a včela má 174.
„nejvíce vzrušující okamžik pro mě byl, když přišla analýza ukazuje, že bychom měli identifikovat více než 400 NEBO geny, největší počet ze všech známých druhů hmyzu,“ řekl Xiaofan Zhou, výzkumný pracovník, který vedl charakterizaci procesu. „To znamenalo, že jsme úspěšně udělali první krok směrem k získání nové úrovně pochopení komplexní sociální systém, který učinil mravenci jeden z nejúspěšnějších rodin na světě.“
Lidé již dlouho fascinován a inspirován mravenců schopnost tvořit vysoce organizované kolonie s dělba práce, komunikace mezi lidmi a schopnost řešit složité problémy. Vědci již nějakou dobu vědí, že chemická komunikace hraje důležitou roli v chování mravenců. „Tak to je rozumný předpoklad, že tato dramatická expanze v zápachu-schopnost snímání je to, co dovoleno mravenci vyvinout tak vysoké úrovni sociální organizace,“ řekl Laurence Zwiebel, profesor biologických věd, který režíroval nové studie, která byla zveřejněna v Srpnu. 30 vydání časopisu PLoS Genetics.
Zwiebel tým vyznačuje čichové systémy dvou zřetelně odlišných druhů mravenců jako součást interdisciplinární projekt s názvem „Epigenetika Chování, Dlouhověkost a Sociální Organizaci Mravenců,“ v čele s Danny Reinberg z New York University, a financovaný Howard Hughes Medical Institute. V roce 2010, projekt sekvenovaných genomů dvou druhů – Florida tesař mravence (Camponotus floridanus) a Indické jumping ant (Harpegnathos saltator) – poprvé. Toto úsilí připravilo půdu pro umožnění podrobné čichové studie.
čichový systém většiny hmyzu je soustředěn v jejich antény a je v zásadě skládá ze tří různých tříd receptorů: odorant receptory (ORs), které identifikují různé aromatické sloučeniny a feromony; chuťové receptory (GRs), které rozlišují mezi různými vkusu a reagovat na některé feromony; a nově objevené ionotropní glutamátové receptory (IRs), které jsou úzce naladěny na různé jedovaté a toxické sloučeniny. Studie zjistila, že primární expanze v čichovém systému mravence je zaměřena na ORs. Počet GRs a IRs je srovnatelný s počtem nalezenými u jiného hmyzu.
počáteční automatizovaná analýza dvou Ant genomů našla pouze asi 100 genů pro ORs a deset GRs. „Věděli jsme, že tato čísla jsou nízká, protože čichové receptory je velmi obtížné identifikovat,“ řekl Zhou. On a jeho kolegové proto pro tento účel navrhli nový automatizovaný bioinformatický proces v kombinaci s rozsáhlým manuálním hodnocením.
vědci také porovnali identity a vyjádření úrovně Regionů na dva druhy, a zjistil významné rozdíly. To nebylo překvapivé, protože tyto dva druhy byly vybrány tak, aby odrážely vysokou úroveň rozmanitosti, která existuje v rodině mravenců. Tesařští mravenci žijí ve velkých koloniích s královnami s dlouhou životností, které produkují všechna oplodněná vejce. Existují dvě kasty sterilních pracovníků. Když královna zemře, tak kolonie. Skákání mravenci, naopak, žijí v malých skupinách, rozdíl mezi královnou a pracovníků omezeno, a někteří pracovníci mohou spářit a naklást oplodněná vajíčka. „Rozdíly v receptorech jsou s největší pravděpodobností spojeny s rozdílem v životním stylu obou druhů,“ řekl Zhou.
podobně jejich analýza zjistila důležité rozdíly v ORs v anténách mužů a žen. Celkově, zjistili, že muži mají pouze jednu třetinu počtu ORs, které samice vyjadřují. „Primární úlohou samců je oplodnění vajíček, takže předpokládáme, že ORs, které samci vyjadřují, a že samice nejsou pravděpodobně naladěny na feromony produkované královnou,“ řekl Zhou.
tým také vzal první kroky při identifikaci chemické signály, které vyrazil konkrétní ORs. Výzkumný pracovník Jesse Slone adaptovaný test, že skupina původně vyvinut pro odpovídající ORs s chemickými signály v malárie komár. Test zahrnuje vložení genu pro receptor do žabích vajec tak, aby receptory byly exprimovány na povrchu vajíčka. Zapojením vajec a jejich vystavením různým chemickým sloučeninám produkují vejce měřitelný elektrický signál, když je receptor aktivován.
Slone použil tento test k identifikaci sloučenin, které spouštějí jeden nebo na každém z druhů mravenců. Zjistil, že aromatická sloučenina nalezená v anýzu vyvolala OR ze skákajícího mravence, který testoval. Receptory byly nalezeny jak u mužů, tak u pracovníků. Vzhledem k tomu, studie ukázaly, že anýz olej má repelent a/nebo insekticidní účinek na některé druhy hmyzu, sloučenina může být obecné repelent, že to NEBO je určen k detekci, Slone spekuluje.
pro srovnání, NEBO od carpenter ant ukázalo reagovat na přirozeně se vyskytující aromatické látky nalezené v vařené hovězí a vepřové maso. Vědci netuší, proč je tato sloučenina relevantní pro mravence, ale prokázali, že specifický receptor je u pracovníků ve srovnání s muži vylepšen.
“ to je jen začátek. Ale prokázali jsme, že máme základní nástroje, které potřebujeme jednat jako ‚NEBO detektivů na mapě mravenci vůni prostor a identifikovat chemické signály, které vyvolávají specifické chování mravenců je rozsáhlý repertoár,“ Slone řekl.
jedná se o otevření nové velké výzkumné avenue pro Zwiebel Laboratoř, která byla zaměřena na průkopnickou práci dekonstrukce čichového systému malárie komár. „Když jsem byl na postgraduální škole, skupina z nás snila o dešifrování role, kterou by geny mohly hrát v mravenčím sociálním chování. Takže jsem si nemohl nechat ujít tuto příležitost, když přišla. Trvalo to 30 let, ale konečně jsme se dostali do bodu, kdy můžeme tyto studie skutečně udělat.“
Asistent Profesor Biologických Věd Antonis Rokis, Profesor Shelley Berger na University of Pennsylvania, Asistent Profesor Jürgen Liebig na Arizona State University, Assistant ProfessorAnandasankar Ray na University of California, Riverside a Profesor Danny Reinberg na Univerzitě v New Yorku také přispěl ke studiu, který byl financován Howard Hughes Medical Institute.