شناسایی پروتئینی که مورچه‌های کارگر را به ملکه تبدیل می‌کند

درحالی‌که بیشتر گونه‌های مورچه در طبقه خاصی در کلنی خود متولد می‌شوند و توانایی کمی برای رفتن به طبقه اجتماعی بالاتر دارند یا اصلا این توانایی را ندارند، مورچه جهنده جردون (Harpegnathos saltator) تاحدودی متفاوت است.

وقتی ملکه‌ی این گونه مورچه می‌میرد، کارگران کلنی در این رابطه که چه کسی جای او را بگیرد، با هم مبارزه می‌کنند. مورچه‌هایی که درنهایت پیروز می‌شوند، به چیزی تبدیل می‌شوند که «گیمرگیت» نامیده می‌شود. این مورچه‌ها جستجوی غذا را کنار می‌گذارند و به‌جای آن به مورچه‌های اطراف دستور می‌دهند و زمان خود صرف تولیدمثل و تخم‌گذاری می‌کنند و اساسا نقش ملکه را برعهده می‌گیرند.

مطالعات گذشته نشان داده‌اند که تغییر مورچه کارگر به گیمرگیت با تغییراتی در مغز مورچه، ازجمله تغییر در بیان ژن، سطح هورمون‌ها و ترکیبات سلولی همراه است. مورچه‌های حاکم همچنین حدود پنج برابر بیشتر از مورچه‌های کارگر دیگر عمر می‌کنند. اما دقیقا چه چیزی موجب این تغییر باورنکردنی در میانسالی می‌شود؟ تاکنون، این موضوع بیشتر معما بوده است. روبرتو بوناسیو، زیست‌شناس مولکولی از دانشگاه پنسیلوانیا توضیح می‌دهد:

مغز حیوانات انعطاف‌پذیر است. ساختار و عملکرد مغز می‌تواند در پاسخ به محیط تغییر کند. این فرایند که در مغز انسان نیز رخ می‌دهد (به تغییر در رفتار در دوران نوجوانی فکر کنید)، برای بقا حیاتی است، اما مکانیسم‌های مولکولی کنترل‌کننده آن به‌طور کامل درک نشده‌اند.

بوناسیو و همکارانش برای بررسی بیشتر ایده انعطاف‌پذیری مغز، آزمایش‌هایی را روی مورچه جهنده جردون انجام دادند و نورون‌های آن‌ها را درمعرض سطوح متفاوتی از هورمون‌ها قرار دادند. پژوهشگران روی دو هورمون متمرکز شدند: هورمون جوانی ۳ (JH3) و هورمون اکدیستروئیدی ۲۰-هیدروکسی‌اکــدیزن (20E).

پژوهشگران با جدا کردن نورون‌های خاص در مغز مورچه‌ها، مکانیسم عمل هورمون‌ها را بررسی کردند. به‌نظر می‌رسید هر دو هورمون اجتماعی با فعال‌کردن عامل پروتئینی واحدی (همولوگ کراپل یک یا Kr-h1) روی نورون‌های مورچه‌ها اثرگذار باشند. پروتئین Kr-h1 به‌نوعی مانند کلید برق است و هورمون‌ها انگشتان دست هستند که حالت مغز گیمرگیت‌ها را به حالت روشن یا خاموش درمی‌آورند. به‌نظر می‌رسد این هورمون‌ها مشخص می‌کنند که Kr-h1 درنهایت به کدام ژن‌ها درون سلول‌های عصبی متصل شود.

براساس سطح هورمون‌هایی که در مورچه‌های کارگر دیده می‌شود، به‌نظر می‌رسد Kr-h1 به ژن‌های مرتبط با گیمرگیت‌ها متصل و آن‌ها را سرکوب کند. در همین حین، براساس سطح هورمون‌هایی که در گیمرگیت‌ها دیده می‌شود، به‌نظر می‌رسد این پروتئین مسیرهای ژنی مبتنی بر کارگر را سرکوب کند.

وقتی پروتئین مذکور به‌طور کامل از نورون‌های مورچه‌ها حذف شد، رفتار مورچه‌های گیمرگیت‌ها شبیه کارگرها و رفتار مورچه‌های کارگر شبیه گیمرگیت‌ها شد. بوناسیو می‌گوید:

پیش‌بینی نمی‌کردیم پروتئین واحدی بتواند ژن‌های مختلف را در مغز طبقه‌های مختلف خاموش کند و درنتیجه رفتار کارگری را در گیمرگیت‌ها و رفتار گیمرگیتی را در کارگرها سرکوب کند. فکر می‌کردیم این وظایف توسط دو یا چند عامل مختلف تعیین شود که هریک از آن‌ها فقط در یکی از مغزها وجود دارد.

درحالی‌که نتایج نشان می‌دهد دو هورمون اجتماعی اصلی کنترل‌کننده رفتار مرتبط با طبقه در مورچه‌های جهنده جردون وجود دارد و این کار ازطریق فاکتور پروتئینی واحدی انجام می‌شود، برای تأیید نتایج به پژوهش‌های بیشتری نیاز است. علاوه‌بر‌این، نویسندگان مطالعه می‌خواهند بررسی کنند که آیا همین نقش Kr-h1 در موجودات اجتماعی دیگری که هورمون‌های عصبی مشابهی دارند، دیده می‌شود.

پیام کلیدی مطالعه جدید این است که به‌نظر می‌رسد چندین رفتار در ژنوم مورچه‌ها نوشته شده است و تنظیم ژن می‌تواند بر رفتاری که درنهایت ظاهر می‌شود، اثرگذار باشد. شلی برگر، متخصص اپی‌ژنتیک از دانشگاه پنسیلوانیا می‌گوید:

به‌عبارت‌دیگر، بخش‌هایی از دکتر جکیل و آقای هاید (رمانی در ارتباط با دوگانگی شخصیت) در ژنوم مورچه‌ها نوشته شده است. هریک می‌توانند نقش ایفا کنند؛ بسته به اینکه کدام کلیدهای ژنی روشن یا خاموش می‌شود.

این مطالعه در مجله‌ی Cell منتشر شده است.