furnicile au de patru până la cinci ori mai mulți receptori de miros decât majoritatea celorlalte insecte, a descoperit o echipă de cercetători.
echipa de cercetare, condusă de Lawrence Zwiebel la Vanderbilt, a finalizat recent prima hartă completă a sistemului olfactiv care oferă furnicilor simțul gustului și mirosului. Ei au descoperit că insectele harnice au gene care produc aproximativ 400 de receptori odoranți distincți, proteine speciale care detectează mirosuri diferite. Prin comparație, molii de mătase au 52, muștele fructelor au 61, țânțarii variază de la 74 la 158, iar albina are 174.”cel mai interesant moment pentru mine a fost atunci când analiza a venit înapoi care arată că am identificat mai mult de 400 sau gene, cel mai mare număr de orice specie de insecte cunoscute”, a spus Xiaofan Zhou, asociat de cercetare care a condus procesul de caracterizare. „A însemnat că am făcut cu succes primul pas spre obținerea unui nou nivel de înțelegere a sistemului social complex care a făcut din furnici una dintre cele mai de succes familii de pe planetă.”
oamenii au fost mult timp intrigat și inspirat de capacitatea furnicilor de a forma colonii foarte organizate cu diviziune a muncii, comunicare între indivizi și capacitatea de a rezolva probleme complexe. De ceva timp, oamenii de știință știu, de asemenea, că comunicarea chimică joacă un rol important în comportamentul furnicilor. „Deci, este o presupunere rezonabilă că această expansiune dramatică a capacității de detectare a mirosului este ceea ce a permis furnicilor să dezvolte un nivel atât de ridicat de organizare socială”, a spus Laurence Zwiebel, profesor de științe biologice, care a condus noul studiu publicat în August. 30 numărul revistei PLoS Genetics.echipa lui Zwiebel a caracterizat sistemele olfactive a două specii de furnici distincte ca parte a unui proiect interdisciplinar intitulat „epigenetica comportamentului, longevității și organizării sociale în furnici”, condus de Danny Reinberg de la Universitatea din New York și finanțat de Institutul Medical Howard Hughes. În 2010, proiectul a secvențiat genomul celor două specii – furnica dulgher din Florida (Camponotus floridanus) și furnica săritoare indiană (harpegnathos saltator) – pentru prima dată. Acest efort a stabilit scena pentru a face posibil studiul olfactiv detaliat.
sistemul olfactiv al majorității insectelor este centrat în antenele lor și este alcătuit în general din trei clase diferite de receptori: receptori odoranți (ORs), care identifică diferiți compuși aromatici și feromoni; receptori gustativi (GRs), care disting între gusturi diferite și reacționează la unii feromoni; și receptorii de glutamat ionotrop nou descoperiți (IRs), care sunt reglați în mod restrâns la diferiți compuși otrăvitori și toxici. Studiul a constatat că expansiunea primară în sistemul olfactiv al furnicii este concentrată pe ORs. Numărul de GRs și IRs sunt comparabile cu cele găsite în alte insecte.
analiza automată inițială a celor două genomi de furnici a găsit doar aproximativ 100 de gene pentru ORs și zece GRs. „Știam că aceste numere sunt scăzute, deoarece receptorii olfactivi sunt foarte greu de identificat”, a spus Zhou. Așa că el și colegii săi au proiectat un nou proces bioinformatic automatizat în acest scop, combinat cu o evaluare manuală extinsă.
cercetătorii au comparat, de asemenea, atât nivelurile de identitate, cât și cele de Expresie ale rup la cele două specii și au găsit diferențe semnificative. Acest lucru nu a fost surprinzător, deoarece cele două specii au fost selectate pentru a reflecta nivelul ridicat de diversitate care există în cadrul familiei furnicilor. Furnicile dulgher trăiesc în colonii mari cu regine de lungă durată care produc toate ouăle fertilizate. Există două caste de muncitori sterili. Când regina moare, la fel și colonia. Jumping furnici, prin contrast, trăiesc în grupuri mici, diferența dintre regină și muncitori estelimitat, iar unii muncitori se pot împerechea și pot depune ouă fertilizate. „Diferențele de receptori sunt cel mai probabil asociate cu diferența de stil de viață a celor două specii”, a spus Zhou.în mod similar, analiza lor a constatat diferențe importante în rup în antenele masculilor și femelelor. În general, au descoperit că bărbații au doar o treime din numărul de rup pe care le exprimă femelele. „Rolul principal al masculilor este fertilizarea ouălor, așa că presupunem că rup-urile pe care masculii le exprimă și că femelele nu sunt probabil adaptate la feromonii produși de regină”, a spus Zhou.
echipa a luat, de asemenea, primii pași în identificarea semnalelor chimice care au declanșat rup specifice. Asociatul de cercetare Jesse Slone a adaptat un test pe care grupul l-a dezvoltat inițial pentru potrivirea ORs cu semnalele chimice din țânțarul malariei. Testul implică introducerea genei pentru un receptor în ouăle de broască, astfel încât receptorii să fie exprimați pe suprafața oului. Prin cablarea ouălor și apoi expunerea lor la diferiți compuși chimici, ouăle produc un semnal electric măsurabil atunci când receptorul este activat.
Slone a folosit acest test pentru a identifica compușii care declanșează una sau pe fiecare dintre speciile de furnici. El a descoperit că un compus aromatic găsit în anason a declanșat OR de la furnica săritoare pe care a testat-o. Receptorii au fost găsiți atât la bărbați, cât și la muncitori. Deoarece studiile au arătat că uleiul de anason are un efect repelent și/sau insecticid asupra unor specii de insecte, compusul poate fi un insectifug general pe care acesta sau este proiectat să îl detecteze, speculează Slone.
prin comparație, OR de la furnica tâmplară s-a dovedit a reacționa la un odorant natural găsit în carnea de vită și porc gătită. Oamenii de știință nu au nicio idee de ce acest compus este relevant pentru furnici, dar au stabilit că receptorul specific este îmbunătățit la muncitori, în raport cu bărbații.
„acesta este doar începutul. Dar am demonstrat că avem instrumentele de bază de care avem nevoie pentru a acționa ca” detectivi „pentru a cartografia” spațiul mirosului „furnicilor și pentru a identifica semnalele chimice care declanșează comportamente specifice în repertoriul extins al furnicii”, a spus Slone.
aceasta reprezintă deschiderea unei noi căi majore de cercetare pentru laboratorul Zwiebel, care s-a concentrat pe munca de pionierat în deconstruirea sistemului olfactiv al țânțarului malariei. „Când eram la facultate, un grup dintre noi visa să descifreze rolul pe care genele l-ar putea juca în comportamentul social al furnicilor. Așa că nu am putut rata această oportunitate când a apărut. A durat 30 de ani, dar am ajuns în sfârșit la punctul în care putem face aceste studii.”
profesor asistent de științe Biologice Antonis Rokis, profesorul Shelley Berger de la Universitatea din Pennsylvania, profesor asistent J Oktocrgen Liebig de la Universitatea de Stat din Arizona, profesor Asistentanandasankar Ray de la Universitatea din California, Riverside și Profesorul Danny Reinberg de la Universitatea din New York au contribuit, de asemenea, la studiu, care a fost finanțat de Institutul Medical Howard Hughes.