根據社會(huì )沖突的結果，Harpegnathossaltator物種的螞蟻會(huì )做一些不尋常的事情：它們可以從工人轉變?yōu)榕醢愕臓顟B(tài)，稱(chēng)為玩家門(mén)?，F在，研究人員在11月4日發(fā)表在《細胞》雜志上的報告令人驚訝地發(fā)現，一種名為Kr-h1(Krüppel同源物1)的蛋白質(zhì)會(huì )對社會(huì )調節的激素做出反應，從而協(xié)調這一復雜的社會(huì )轉變。

“動(dòng)物大腦是可塑性的;也就是說(shuō)，它們可以根據環(huán)境改變它們的結構和功能，”賓夕法尼亞大學(xué)佩雷??爾曼醫學(xué)院的羅伯托博納西奧說(shuō)。“這個(gè)過(guò)程也發(fā)生在人類(lèi)大腦中——想想青春期行為的變化——對生存至關(guān)重要，但控制它的分子機制尚不完全清楚。我們確定，在螞蟻中，Kr-h1抑制大腦'通過(guò)防止不適當的基因激活來(lái)增強可塑性。”

在蟻群中，工蟻通過(guò)尋找食物和對抗入侵者來(lái)維持蟻群，而蟻后的主要任務(wù)是產(chǎn)卵。然而，正是相同的基因指令導致了這些截然不同的社會(huì )角色和行為。通過(guò)研究螞蟻，博納西奧及其同事，包括同樣在賓夕法尼亞大學(xué)的雪萊伯杰，想了解“開(kāi)啟”或“關(guān)閉”某些基因如何影響大腦功能和行為。因為Harpegnathos的成年人可以從一個(gè)工人轉變?yōu)橐粋€(gè)游戲玩家，所以他們非常適合這樣的研究。

為了研究導致這種轉變的潛在分子事件，由共同第一作者JankoGospocic和KarlGlastad領(lǐng)導的研究小組開(kāi)發(fā)了一種方法，用于從螞蟻中分離神經(jīng)元，并在實(shí)驗室的塑料盤(pán)中保持它們的存活.這使團隊能夠探索細胞如何應對環(huán)境變化，包括激素水平。

這些研究進(jìn)一步確定了兩種激素，保幼激素和蛻皮激素，它們以不同水平存在于工人和游戲玩家的身體中，在兩個(gè)種姓的大腦中產(chǎn)生了不同的基因激活模式。最大的驚喜是這兩種激素通過(guò)激活單一蛋白質(zhì)Kr-h1來(lái)影響細胞。

“這種蛋白質(zhì)調節工人和游戲玩家的不同基因，并防止螞蟻做出‘社交不當’的行為，”伯杰說(shuō)。“也就是說(shuō)，Kr-h1需要維持社會(huì )種姓之間的界限，并確保工人繼續工作，而玩家門(mén)將繼續像女王一樣行事。”

顯示轉錄抑制因子Kr-h1如何通過(guò)抑制不適當的社會(huì )行為來(lái)穩定種姓身份的插圖。圖片來(lái)源：RobertoBonasio，基于BrigitteBaella和KarlGlastad的攝影作品

“我們沒(méi)有預料到相同的蛋白質(zhì)可以使不同種姓大腦中的不同基因沉默，從而抑制游戲玩家的工人行為和工人的游戲玩家行為，”博納西奧補充道。“我們認為這些工作會(huì )被分配給兩個(gè)或多個(gè)不同的因素，每個(gè)因素只存在于一個(gè)或另一個(gè)大腦中。”

研究結果揭示了社會(huì )調節的激素和基因調節在動(dòng)物大腦從一種遺傳模式和社會(huì )等級轉換到另一種遺傳模式和社會(huì )等級的能力中的重要作用。“關(guān)鍵信息是，至少在螞蟻中，基因組中同時(shí)指定了多種行為模式，基因調控可以對生物體的行為產(chǎn)生重大影響，”伯杰說(shuō)。“換句話(huà)說(shuō)，杰基爾博士和海德先生的部分已經(jīng)被寫(xiě)入基因組;每個(gè)人都可以扮演任何一個(gè)角色，這取決于哪個(gè)基因開(kāi)關(guān)被打開(kāi)或關(guān)閉。”

研究人員認為，其意義可能比理解螞蟻和其他昆蟲(chóng)的行為可塑性要深遠得多。“人們很容易推測相關(guān)蛋白質(zhì)在更復雜的大腦中可能具有類(lèi)似的功能，包括我們自己的大腦，”博納西奧說(shuō)。“發(fā)現這些蛋白質(zhì)可能讓我們有一天能夠恢復失去它的大腦的可塑性，例如老化的大腦。”

單一因素可以抑制不同大腦中不同基因組和行為的發(fā)現提出了關(guān)于如何調節這種蛋白質(zhì)和其他類(lèi)似蛋白質(zhì)的雙重功能的重要問(wèn)題。在未來(lái)的研究中，研究人員計劃探索Kr-h1在其他生物中的作用。他們表示，他們還想探索環(huán)境如何在表觀(guān)遺傳水平上影響基因調控——通過(guò)DNA上某些化學(xué)標記的存在與否——以及這反過(guò)來(lái)如何影響大腦的可塑性和行為。

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