a hangyák négyszer-ötször több szagreceptorral rendelkeznek, mint a legtöbb más rovar, egy kutatócsoport felfedezte.a kutatócsoport Lawrence Zwiebel vezetésével a Vanderbiltnél elkészítette a szaglórendszer első teljes térképét, amely a hangyák íz-és szaglását biztosítja. Megállapították, hogy a szorgalmas rovarok génjei körülbelül 400 különféle szagló receptort alkotnak, speciális fehérjéket, amelyek különböző szagokat észlelnek. Összehasonlításképpen, a selyem lepkék 52, a gyümölcslegyek 61, a szúnyogok 74-158, a mézelő méhek pedig 174.”a legizgalmasabb pillanat számomra az volt, amikor az elemzés visszatért, amely azt mutatta, hogy több mint 400 vagy gént azonosítottunk, a legtöbb ismert rovarfajt” – mondta Xiaofan Zhou, a jellemzési folyamat vezetője. “Ez azt jelentette, hogy sikeresen megtettük az első lépést a komplex társadalmi rendszer új szintű megértése felé, amely a hangyákat a bolygó egyik legsikeresebb családjává tette.”
az embereket már régóta érdekli és inspirálja a hangyák azon képessége, hogy erősen formáljanak szervezett kolóniák munkamegosztással, az egyének közötti kommunikációval és összetett problémák megoldásának képességével. A tudósok egy ideje azt is tudták, hogy a kémiai kommunikáció fontos szerepet játszik a hangyák viselkedésében. “Tehát ésszerű feltételezés, hogy a szagérzékelési képesség drámai bővülése lehetővé tette a hangyák számára, hogy ilyen magas szintű társadalmi szervezettséget fejlesszenek ki” – mondta Laurence Zwiebel, a biológiai tudományok professzora, aki az Aug. A PLoS Genetics folyóirat 30 száma.
Zwiebel csapata a “viselkedés Epigenetikája, a hosszú élettartam és a társadalmi szerveződés a hangyákban” című interdiszciplináris projekt részeként jellemezte két, egymástól teljesen eltérő hangyafaj szaglási rendszerét, amelyet Danny Reinberg, A New York-i Egyetem és a Howard Hughes Medical Institute finanszírozott. 2010 – ben a projekt először szekvenálta a két faj – a floridai Ács hangya (Camponotus floridanus) és az indiai ugró hangya (Harpegnathos saltator) – genomját. Ez az erőfeszítés megteremtette a színpadot a részletes szaglási vizsgálat lehetővé tételéhez.
a legtöbb rovar szaglási rendszere az antennájukban van, és nagyjából három különböző receptorosztályból áll: szagló receptorok (ORs), amelyek azonosítják a különböző aromás vegyületeket és feromonokat; ízlelő receptorok (GRs), amelyek megkülönböztetik a különböző ízeket és reagálnak egyes feromonokra; és az újonnan felfedezett ionotróp glutamát receptorok (IRs), amelyek szűken hangoltak különböző mérgező és mérgező vegyületekre. A tanulmány megállapította, hogy a hangya szaglórendszerének elsődleges terjeszkedése az ORs-re összpontosít. A GRs és az IRs száma összehasonlítható más rovarokban találhatókkal.
a két ant Genom kezdeti automatizált elemzése csak körülbelül 100 ORS és tíz GRs gént talált. “Tudtuk, hogy ezek a számok alacsonyak, mert a szagló receptorokat nagyon nehéz azonosítani” – mondta Zhou. Ezért ő és kollégái egy újszerű, automatizált bioinformatikai folyamatot terveztek erre a célra, kiterjedt kézi kiértékeléssel kombinálva.
a kutatók összehasonlították az ORs azonossági és expressziós szintjét is a két fajban, és jelentős különbségeket találtak. Ez nem volt meglepő, mert a két fajt úgy választották ki, hogy tükrözze a hangyacsaládon belüli magas szintű sokféleséget. Az asztalos hangyák nagy kolóniákban élnek, hosszú életű királynőkkel, amelyek az összes megtermékenyített tojást termelik. Két steril munkás van. Amikor a királynő meghal, a kolónia is. Az ugró hangyák ezzel szemben kis csoportokban élnek, a királynő és a munkások közötti különbség korlátozott, és egyes munkások párosodhatnak és megtermékenyített petéket rakhatnak. “A receptorok közötti különbségek valószínűleg összefüggenek a két faj életmódbeli különbségeivel” – mondta Zhou.
hasonlóképpen, elemzésük fontos különbségeket talált a legkülső régiókban a hímek és nőstények antennáiban. Összességében azt találták, hogy a hímeknek csak egyharmada van a nőstények által kifejezett legkülső régiók számának. “A hímek elsődleges szerepe a petesejtek megtermékenyítése, ezért feltételezzük, hogy a legkülső régiók, amelyeket a hímek kifejeznek, és a nőstények nem, valószínűleg a királynő által termelt feromonokra vannak hangolva” – mondta Zhou.
a csapat megtette a kezdeti lépéseket a kémiai jelek azonosításában is, amelyek elindították az adott ORs-t. Jesse Slone kutató munkatárs adaptált egy vizsgálatot, amelyet a csoport eredetileg az ORs kémiai jelekkel való összehangolására fejlesztett ki a malária szúnyogban. A vizsgálat magában foglalja a receptor génjének beillesztését a békatojásokba úgy, hogy a receptorok a tojás felületén expresszálódjanak. A tojások bekötésével, majd különböző kémiai vegyületeknek való kitettséggel a tojások mérhető elektromos jelet bocsátanak ki, amikor a receptor aktiválódik.
Slone ezt a vizsgálatot használta azon vegyületek azonosítására, amelyek kiváltják az egyik vagy az egyes hangyafajtákat. Megállapította, hogy az ánizsban található aromás vegyület kiváltotta az OR-t az általa tesztelt ugró hangyából. A receptorokat mind a férfiak, mind a munkavállalók találták. Mivel a vizsgálatok kimutatták, hogy az ánizsolaj rovarriasztó és/vagy rovarirtó hatással van egyes rovarfajokra, a vegyület általános rovarriasztó lehet, amelyet ez vagy detektálásra terveztek, Slone spekulál.
összehasonlításképpen kiderült, hogy az asztalos hangya műtője reagál a főtt marhahúsban és sertéshúsban található, természetesen előforduló szag szakácsra. A tudósoknak fogalmuk sincs, hogy ez a vegyület miért releváns a hangyák számára, de megállapították, hogy a specifikus receptor a munkavállalókban fokozódik, a hímekhez képest.
“Ez csak a kezdet. De bebizonyítottuk, hogy rendelkezünk azokkal az alapvető eszközökkel, amelyekre szükségünk van ahhoz, hogy” vagy detektívként “cselekedjünk, hogy feltérképezzük a hangyák szagterét, és azonosítsuk azokat a kémiai jeleket, amelyek a hangya kiterjedt repertoárjában specifikus viselkedést váltanak ki” – mondta Slone.
Ez egy jelentős új kutatási sugárút megnyitását jelenti a a Zwiebel Lab, amely úttörő munkára összpontosított a malária szúnyog szaglási rendszerének dekonstruálására. “Amikor végzős voltam, egy csoportunk arról álmodozott, hogy megfejtsük azt a szerepet, amelyet a gének játszhatnak a hangyák társadalmi viselkedésében. Így nem hagyhattam ki ezt a lehetőséget, amikor jött. 30 évbe telt, de végül eljutottunk arra a pontra, hogy valóban elvégezhetjük ezeket a tanulmányokat.”
a Biológiai Tudományok adjunktusa, Antonis Rokis, Shelley Berger professzor a Pennsylvaniai Egyetemen, J. C. R. Liebig adjunktus az Arizonai Állami Egyetemen, Adjunktusanandasankar Ray a Kaliforniai Egyetemen, Riverside-ban és Danny Reinberg Professzor A New York-i egyetemen szintén hozzájárult a tanulmányhoz, amelyet a Howard Hughes Orvosi Intézet finanszírozott.