Муравьиная колония подаёт тревожный сигнал — запах куколок поставил учёных в тупик

Муравьиные куколки меняют запах при болезни – исследователи ISTA

В муравьиных колониях жизнь устроена столь чётко, что напоминает работу единого организма. Личинки и куколки развиваются в защищённом пространстве, рабочие ухаживают и поддерживают порядок, а королевы обеспечивают продолжение рода. Но стоит болезни проникнуть внутрь, как под угрозой оказывается весь "суперорганизм". Об этом сообщает команда исследователей из Института науки и технологий Австрии (ISTA).

Как болезнь превращается в сигнал

Муравьи поразительным образом отличаются от большинства социальных животных, склонных скрывать болезнь. Их стратегия обратная: заражённые куколки начинают изменять собственный запах, превращая тело в источник чёткой химической метки. Такой сигнал считывается рабочими мгновенно, побуждая их к действиям, необходимым для безопасности всей колонии. Уже на этом этапе проявляется характерный поведенческий иммунитет муравьёв.

"То, что на первый взгляд кажется самопожертвованием, на самом деле также выгодно для сигнальщика: он защищает своих сородичей, с которыми разделяет множество генов", — сказала первый автор Эрика Доусон, бывший постдокторский исследователь в ISTA.

Эта биологическая логика делает поведение заражённых куколок примером альтруизма, который обеспечивает устойчивость колонии даже ценой жизни отдельных особей. Такой подход исследователи называют первым подробным описанием "альтруистического сигналинга болезни" у общественных насекомых.

Рабочие муравьи реагируют на тревожный запах без промедления. Они разрывают защитный кокон, нарушают оболочку тела и обрабатывают куколку муравьиной кислотой — сильным природным антисептиком. Это смертельно для куколки, но эффективно уничтожает грибы и бактерии, способные вызвать вспышку инфекции. Быстрая ликвидация одной особи предотвращает массовую гибель.

Химия как язык безопасности

Исследователи сравнивают поведение колонии с работой иммунной системы организма. И там, и там элементы структуры действуют согласованно: клетки или рабочие особи распознают угрозы и устраняют их. Но у неподвижных объектов — заражённых куколок или повреждённых клеток — нет возможности уйти, поэтому они используют химические метки.

"Взрослые муравьи, которые приближаются к смерти, покидают гнездо, чтобы умереть за пределами колонии. Аналогичным образом, особи, подвергшиеся воздействию спор, практикуют социальное дистанцирование", — сказал Кремер.

Учёные объясняют, что личинки и куколки, в отличие от взрослых, не могут самостоятельно уйти, но способны менять химический профиль своего тела. Благодаря сотрудничеству с химическими экологами команда выяснила, что сигнал формируется не через воздух, а в виде изменения состава углеводородов на поверхности куколки. Два компонента запаха особенно усиливаются, когда организм утрачивает шанс на выздоровление.

Чтобы проверить, насколько запах важен, исследователи нанесли профиль заражённой особи на здоровую. Рабочие отреагировали на неё, как на больную, что доказывает: химическая метка сама по себе запускает протокол устранения угрозы.

Тонкая настройка колониального иммунитета

Одним из важных выводов стало различие реакций между куколками разных каст. "Королевские" куколки, обладающие более сильной иммунной защитой, не испускают тревожный запах. Они способны справиться с инфекцией самостоятельно, тогда как рабочие куколки, не имеющие столь мощных механизмов, сигнализируют о проблеме.

Эта избирательность жизненно необходима. Если бы сигнал был слишком частым, колония теряла бы здоровых особей. Если бы он был слишком слабым, инфекция распространялась бы незаметно. В результате муравьи эволюционно настроили систему, способную отличить обратимый случай от безнадёжного.

Точное распределение обязанностей делает социальный иммунитет многоуровневой системой. Рабочие обеспечивают дезинфекцию и контроль за расплодом, а сам расплод при необходимости включает химический "переключатель", призывая к устранению себя во благо колонии.

"Эта точная координация между индивидуальным и колониальным уровнем делает это альтруистическое заболевание настолько эффективным", — сказал Кремер.

С точки зрения эволюции это оправдано: колонии, способные предупреждать вспышки болезней, выживают чаще и передают гены дальше. Даже особи, которые инициируют своё удаление, косвенно сохраняют свою наследственность через здоровье близких родственников.

Колония как организм: параллели с иммунной системой

Научная работа подчёркивает необыкновенную глубину организации муравейных обществ. Их способность на уровне химии регулировать поведение отдельных особей делает колонию чем-то похожим на единый организм, где каждая часть знает свои задачи.

Колонию защищает не только активность рабочих, но и своевременные сигналы от тех, кто уже не может выздороветь. Это снижает риск эпидемий в "питомнике" и удерживает популяцию в стабильном состоянии. Интересно, что сходные принципы наблюдаются и в биологии тканей, где клетки также подают сигналы о необходимости своего устранения.

Муравьи демонстрируют пример того, как чёткие механизмы взаимодействия помогают сложным системам оставаться жизнеспособными. Химические метки, едва уловимые для человеческого восприятия, становятся инструментом, предотвращающим катастрофу. Подобный уровень чувствительности к внешним стимулам обнаруживается и у других насекомых, например у шмелей, способных различать временные интервалы в световых сигналах.

Сравнение: Поведение больных куколок и реакции рабочих

Болезненные изменения → химический сигнал → сортировка и дезинфекция.
Здоровые куколки → нормальный запах → отсутствие реакции рабочих.
Королевские куколки → устойчивость к патогенам → сигнал не подаётся.