muurahaisilla on neljästä viiteen kertaa enemmän hajureseptoreita kuin useimmilla muilla hyönteisillä, tutkijaryhmä on havainnut.
Vanderbiltin Lawrence Zwiebelin johtama tutkimusryhmä sai äskettäin valmiiksi ensimmäisen täydellisen hajuaistin, joka tarjoaa muurahaisille niiden maku-ja hajuaistin. He havaitsivat, että ahkerilla hyönteisillä on geenejä, jotka tuottavat noin 400 erilaista hajureseptoria, erityisiä proteiineja, jotka havaitsevat erilaisia hajuja. Vertailun vuoksi silkkikärpäsiä on 52, hedelmäkärpäsiä 61, hyttysiä 74-158 ja mehiläisiä 174.
”jännittävin hetki minulle oli, kun analyysi tuli takaisin osoittaa, että olimme tunnistaneet yli 400 tai geeniä, suurin määrä kaikista tunnetuista hyönteislajeista”, sanoi Xiaofan Zhou, luonnehdintaprosessia johtanut tutkija. ”Se merkitsi sitä, että olimme onnistuneesti ottaneet ensimmäisen askeleen kohti uuden tason ymmärtämistä monimutkaisesta yhteiskuntajärjestelmästä, joka on tehnyt muurahaisista yhden maapallon menestyneimmistä perheistä.”
ihmisiä on jo pitkään kiehtonut ja inspiroinut muurahaisten kyky muodostaa erittäin järjestäytyneitä siirtokuntia, joissa on työnjako, yksilöiden välinen kommunikaatio ja kyky ratkaista monimutkaisia ongelmia. Tutkijat ovat jo jonkin aikaa tienneet myös, että kemiallisella viestinnällä on tärkeä rooli muurahaisten käyttäytymisessä. ”Joten on järkevä olettamus, että tämä dramaattinen kasvu hajun aistimiskyvyssä on se, mikä antoi muurahaisille mahdollisuuden kehittää niin korkean sosiaalisen organisaation tason”, sanoi biologisten tieteiden professori Laurence Zwiebel, joka johti uutta tutkimusta, joka julkaistiin Aug-lehdessä. PLoS Genetics-lehden 30.
Zwiebelin tiimi luonnehti kahden selvästi erilaisen muurahaislajin hajuaisteja osana poikkitieteellistä projektia nimeltä ”Epigenetics of Behavior, Longevity and Social Organization in Ants”, jota johti Danny Reinberg New Yorkin yliopistosta ja rahoitti Howard Hughes Medical Institute. Vuonna 2010 projekti sekvensoi kahden lajin – Floridanpuuseppämuurahaisen (Camponotus floridanus) ja intialaisen hyppymuurahaisen (Harpegnathos saltator) – genomit ensimmäistä kertaa. Tämä ponnistus mahdollisti yksityiskohtaisen hajututkimuksen.
useimpien hyönteisten hajuaistin keskus on niiden tuntosarvissa ja se koostuu pääosin kolmesta eri reseptoriluokasta: hajureseptoreista (Ors), jotka tunnistavat erilaisia aromaattisia yhdisteitä ja feromoneja; gustatorisista reseptoreista (GRs), jotka erottavat eri maut ja reagoivat joihinkin feromoneihin; ja äskettäin löydetyt ionotrooppiset glutamaattireseptorit (IRs), jotka ovat kapeasti virittyneet erilaisiin myrkyllisiin ja myrkyllisiin yhdisteisiin. Tutkimuksessa havaittiin, että muurahaisen hajuaistin ensisijainen laajeneminen keskittyy ORs: iin. GRs: n ja IRs: n määrä on verrattavissa muihin hyönteisiin.
kahden muurahaisgenomin alustava automatisoitu analyysi löysi vain noin 100 ORs-ja kymmenen GRs-geeniä. ”Tiesimme, että nämä luvut ovat pieniä, koska hajureseptoreita on hyvin vaikea tunnistaa”, Zhou sanoi. Niinpä hän kollegoineen suunnitteli tähän tarkoitukseen uudenlaisen automatisoidun bioinformaattisen prosessin, joka yhdistettiin laajaan manuaaliseen arviointiin.
tutkijat vertailivat myös näiden kahden lajin ORs-lajien identiteetti-ja ilmaisutasoja ja havaitsivat merkittäviä eroja. Tämä ei ollut yllättävää, koska kaksi lajia valittiin kuvastamaan suurta monimuotoisuutta, joka on olemassa muurahaisperheessä. Kirvesmuurahaiset elävät suurissa yhdyskunnissa, joissa on pitkäikäisiä kuningattaria, jotka tuottavat kaikki hedelmöittyneet munat. On kaksi kastia steriilejä työläisiä. Kun kuningatar kuolee, yhdyskunta kuolee. Hyppymuurahaiset sen sijaan elävät pienissä ryhmissä, ero kuningattaren ja työntekijöiden välillä on vähäinen, ja jotkut työntekijät voivat paritella ja munia hedelmöittyneitä munia. ”Reseptorien erot liittyvät mitä todennäköisimmin näiden kahden lajin elintapojen eroon”, Zhou sanoi.
samoin heidän analyysissään havaittiin merkittäviä eroja koiraiden ja naaraiden tuntosarvissa. Kaiken kaikkiaan he havaitsivat, että uroksilla on vain kolmannes siitä määrästä Oreja kuin naarailla. ”Urosten ensisijainen tehtävä on munien hedelmöitys, joten oletamme, että urosten ilmaisemat Orit ja naaraat eivät todennäköisesti ole virittyneet kuningattaren tuottamiin feromoneihin”, Zhou sanoi.
ryhmä otti myös ensimmäiset askeleet tunnistaakseen kemialliset signaalit, jotka laukaisivat tietyt Orit. Tutkimusavustaja Jesse Slone sovitti testin, jonka ryhmä alun perin kehitti malariahyttysen kemiallisten signaalien sovittamiseksi ORs: iin. Määrityksessä reseptorin geeni lisätään sammakonmuniin niin, että reseptorit ilmentyvät munan pinnalla. Johtamalla munia ja altistamalla ne sitten erilaisille kemiallisille yhdisteille munat tuottavat mitattavissa olevan sähkösignaalin, kun reseptori aktivoituu.
Slone käytti tätä määritystä sellaisten yhdisteiden tunnistamiseen, jotka laukaisevat yhden tai jokaisen muurahaislajin. Hän havaitsi, että aniksesta löytynyt aromaattinen yhdiste laukaisi leikkaussalin hänen testaamastaan hyppymuurahaisesta. Reseptoreita löytyi sekä miehillä että työntekijöillä. Koska tutkimukset ovat osoittaneet, että anisöljyllä on karkottava ja/tai hyönteismyrkkyvaikutus joihinkin hyönteislajeihin, yhdiste voi olla yleinen hyönteiskarkote, jonka tämä tai on suunniteltu havaitsemaan, Slone arvelee.
vertailun vuoksi puuseppämuurahainen osoittautui reagoimaan kypsennetystä naudasta ja sianlihasta löytyvään luonnossa esiintyvään hajuun. Tutkijoilla ei ole aavistustakaan siitä, miksi tämä yhdiste on merkityksellinen muurahaisille, mutta he osoittivat, että erityinen reseptori paranee työntekijöissä suhteessa miehiin.
”Tämä on vasta alkua. Mutta olemme osoittaneet, että meillä on perustyökalut, joita tarvitsemme toimiaksemme ’tai etsivinä’ kartoittaaksemme muurahaisten hajutilaa ’ja tunnistaaksemme kemialliset signaalit, jotka laukaisevat erityisiä käyttäytymismalleja muurahaisen laajassa repertuaarissa”, Slone sanoi.
tämä edustaa uuden suuren tutkimuskadun avaamista zwiebelin laboratorioon, joka on keskittynyt uraauurtavaan työhön, jossa puretaan malariahyttysen hajuaistia. ”Kun olin jatkokoulussa, joukko meistä haaveili siitä, miten geenit voisivat vaikuttaa muurahaisten sosiaaliseen käyttäytymiseen. En voinut jättää tilaisuutta käyttämättä. Siihen on mennyt 30 vuotta, mutta olemme vihdoin päässeet siihen pisteeseen, että voimme oikeasti tehdä näitä tutkimuksia.”
biologisten tieteiden apulaisprofessori Antonis rokis, professori Shelley Berger Pennsylvanian yliopistosta, apulaisprofessori Jürgen Liebig Arizonan osavaltionyliopistosta, Apulaisprofessorianandasankar Ray Kalifornian yliopistosta Riversidesta ja professori Danny Reinberg New Yorkin yliopistosta osallistuivat myös tutkimukseen, jota rahoitti Howard Hughes Medical Institute.