Биохимикам удалось выделить феромон, при помощи которого цари термитов управляют своим народом и не дают ему бесконтрольно размножаться. Ученые смогли синтезировать аналог вещества и проверили его действие.
Термиты (Isoptera) -- общественные насекомые. В термитниках каждая особь (в зависимости от своего сословия) выполняет конкретные функции. Причем лишь два термита в многомиллионной семье имеют право размножаться -- царь и царица. Вся остальная «родня» обеспечивает нормальное существование «монархов».
Сословия в термитнике
В термитниках все насекомые принадлежат к тому или иному сословию. Сословие рабочих термитов, в отличие, например, от рабочих муравьев, состоит из особей как мужского, так и женского пола. Рабочие особи усваивают целлюлозу, строят стенки термитника, кормят царицу и солдат, оберегают отложенные яйца и заготавливают пищу. Солдаты оберегают колонию и молодых личинок от нападок муравьев. Словом, вся «родня» дает возможность репродуктивным насекомым забыть обо всех хлопотах и заняться наиболее важным для популяции делом -- размножением.
Женщина на троне
Царицей термитов может стать не любая особь женского пола, а специально «подготовленная» самка -- «вторичная царица». Унаследовав «трон», царица термитов внешне сильно изменяется, увеличивается в размерах, теряет бывалую «грацию» и подвижность. Она превращается в своеобразную «машину для воспроизводства потомства» и поэтому даже передвигается и питается с помощью рабочих особей.
Самка способна отложить до нескольких тысяч яиц в день. Ради этого репродуктивный самец готов спариваться не останавливаясь. На случай гибели размножающейся самки в колонии термитов есть «запасная королева», которая может взять на себя обязанности и функции умершего насекомого. Учитывая, что все потомство в термитнике появляется на свет от одной царской пары, получается, что «запасная жена» приходится монарху его же дочерью. Известно, что близкородственное скрещивание всегда чревато появлением неполноценного потомства.
Ученые из США и Японии под руководством Эдварда Варго (Edvard L. Vargo) и Кеньджи Матсуура (Kenji Matsuura) не могли поверить в то, что природа может поступить столь опрометчиво. Они провели «генетическую опись» колоний термитов Reticulitermes speratus. В 2009 году в статье Queen Succession Through Asexual Reproduction in Termites они опубликовали данные, по которым «заместительницы царицы» появляются в семье не из оплодотворенных яиц, а партеногенетически, то есть без участия самца. Именно «маменькины доченьки» образуют в термитнике касту «процариц», которые «всходят на трон» после смерти королевы. Таким способом царица обеспечивает сохранность своих генов в популяции. Ведь ее партеногенетическая дочь наследует только материнский генетический материал. Значит внукам после ее смерти достанется половина, а не четверть ее генов. Этот механизм еще и предотвращает появление на свет слабых и нежизнеспособных особей.
Борьба за гены
Дальнейшие исследования Reticulitermes speratus под руководством Эдварда Варго и Кеньджи Матсуура еще яснее показывают прагматичность и предусмотрительность цариц.
Из того, что в термитной колонии самки наравне с самцами присутствуют во всех сословных слоях, следует, что размножаться могут не только царицы. Иногда нимфы (крылатые личинки) отделяются от колонии и образуют новые семьи. Но этого никогда не происходит внутри «большого дома» -- термитника. Каждое насекомое знает свое социальное положение и даже не пытается «флиртовать» или «заигрывать» с особью противоположного пола.
Энтомологи уверены, что не последнюю роль в сословном разделении и подавлении сексуальных инстинктов у насекомых играют феромоны, которые, скорее всего, выделяет царица колонии. Такие предположения существуют более полувека, но ученым до сих пор не удавалось идентифицировать химическое вещество, которое, по сути, и обеспечивает существование столь массивных семей.
Американские и японские естествоиспытатели впервые определили этот феромон, обнаружив его химическую формулу -- н-бутил-н-бутират. Более того, исследователи пришли к выводу, что вещество оказывает множественное воздействие, -- оно привлекает внимание, но подавляет половое влечение и не позволяет «генетически неправильным» самкам «чувствовать себя настоящими женщинами». Причем феромон выделяют не только царицы, но и их заместительницы и даже отложенные яйца. То есть генетически «правильные» особи подавляют любое возможное желание других термитов вступить в половые отношения с царем. К тому же выделенный яйцами феромон привлекает работяг и солдат -- они начинают активно заботиться о будущем потомстве и защищать его.
По словам авторов работы, это великолепное оружие для борьбы с соперницами: и на суженого никто не засматривается, и будущие детишки окружены опекой.
Благоухающий химикат
Ученые также выяснили, сколько нужно феромона, чтобы воздействовать на всю экспериментальную колонию (100 особей). Оказалось, что довольно много. Вещества, выделенного 20 яйцами, не хватило на то, чтобы изменить поведение рабочих. Зато аромат сотни яиц заметно подавлял дифференцировку особей и менял поведение нерепродуктивных сословий.
Естествоиспытатели испробовали синтетический аналог обнаруженного феромона и пришли к выводу, что его воздействие на колонию термитов не отличается от биогенного.
Биологи предполагают, что химическое соединение воздействует сразу на всю колонию и определяет путь развития личинок. Пока непонятно, какие рецепторы передают внешние сигналы и как изменяется под их воздействием эндокринная система, которая регулирует половую дифференцировку особей. Так что теперь авторы работы хотят заняться молекулярным механизмом процесса.
Результаты последнего эксперимента появились в статье Identification of a pheromone regulating caste differentiation in termites, опубликованной в журнале PNAS.
