Mit jelent hangyának lenni?

Vannak nomád harcosok, szorgos gazdálkodók, de akad olyan társadalom is, ami a rabszolgaságot idézi. Kutatók a hangya közösségek sokszínűségét vizsgálták, illetve azokat a molekuláris erőket, amik ezekhez a különbségekhez vezetnek.

A Science magazinban megjelent publikáció két hangyafaj, a primitív társadalmi rendszerrel rendelkező Harpegnathos saltator, valamint a jóval összetettebb szociális szerkezetet magáénak tudó ácshangya (Camponotus floridanus) genetikai szekvenciáit mutatta be.

Egyazon faj különböző társadalmi kasztokban elhelyezkedő tagjai egyazon DNS szekvenciával bírnak, karakterisztikáik mégis sok esetben gyökeresen különbözők, ami feltehetően "epigenetikai változások" eredménye. Ezek olyan DNS módosulások, amik inkább a gének kifejeződését befolyásolják, sem mint magukat a géneket. A két faj szekvenciáinak vizsgálatával a kutatóknak sikerült azonosítaniuk az epigenetikai változások hangyák tulajdonságaira gyakorolt hatásait. "Egy rendszert kerestünk, amiben megtaláljuk egy élő organizmus epigenetikáját" - magyarázta Danny Reinberg, a New York Orvosi Egyetem biokémikusa, a tanulmány négy szerzőjének egyike.

A pattogó hangyák családjába tartozó Harpegnathos saltator közösségei általában legfeljebb 60 hangyát számlálnak. Itt a dolgozó és a királynő fiziológiai felépítése alig különbözik, így esetükben egy dolgozó is előléphet királynővé, amennyiben uralkodójuk elpusztul. Ezzel szemben az ácshangya-társadalmak több ezer hangyából állnak. A dolgozók akár két külön kasztra is tagolódhatnak, ezeket különböző élettani és viselkedési jegyek különböztetik meg egymástól. Esetükben kizárólag a királynő tud megtermékenyített tojásokat rakni, halálával a teljes kolónia elpusztul.

A kutatók a két faj hierarchiájában különböző posztot betöltő hangyák genomjait elemezték egyénenként, illetve összevetették azokat a génállományokat is, amiket a két fajban azonos szerepet betöltő egyének hordoznak. Emellett összehasonlították a génkifejeződésbeli különbségeket és megvizsgálták a legfőbb epigenetikai jelzőket, mint a DNS metilációt, a géneket elcsendesítő folyamatot. Az adatok birtokában a kutatócsoport betekintést nyert a különböző rendszereket vezérlő molekuláris eseményekbe.

Az eredmények az öregedés mechanizmusát helyezték előtérbe, a királynőnél ugyanis a hosszú élet az egyik legfontosabb tulajdonság. Eltávolítva a pattogó hangyák királynőjét, a nőstény dolgozók közül többen levetkőzték korábbi szerepüket és megszerezték a királynő tulajdonságait, köztük a hosszú élettartamot. A folyamat során két gén kifejeződési szintjében észleltek növekedést. Az egyik gén a telomeráz enzimet kódolja, míg a másik az SIRT1 proteint. Mindkét gén a hosszú élethez kapcsolható a hangyák és az emberek esetében is. Azt is felfedezték, hogy az epigenetikai jelzők, mint a DNS metiláció jelen volt a hangyák genomjában, egyértelműen mutatva, hogy az epigenetikai rendszerek közrejátszanak ezekben a viselkedésbeli átmenetekben.


Kolónián belüli konfliktus: egy Harpegnathos saltator dolgozó végez a királynővel
Az ácshangyák esetében a két dolgozó kaszt különböző viselkedési jellemvonásokat mutatott. Az elsőrendű dolgozók a kolónia védelmét szolgálták, míg a másodrendűek az élelemről gondoskodtak. Reinberg és munkatársai elemzése több olyan génnél talált eltérést a kifejeződési szintekben, amik az agyfunkciókban mutatkoznak meg, ilyen volt például a szagok észlelése.

Nem a hangyák az egyetlen euszociális, vagyis kasztrendszert alkotó rovarok, ahol egyes egyének feladják szaporodási képességüket a munka vagy mások gondozása érdekében. Rokonaik, a méhek ugyancsak hasonló rendeződésű társadalmakban élnek. Gene Robinson, az Illinois Egyetem entomológusa 2006-ban tette közzé a méh génállományát, ami meglepő eredményeket hozott a muslica és szúnyog genomokkal való összehasonlításkor, ez azonban csak a kezdet volt. "Nagyon nehéz mindössze néhány fajból következtetéseket levonni. Nagy szükség lenne több hasonló tulajdonságokkal rendelkező hasonló faj összehasonlításának képességére" - mondta Robinson, aki a két hangyafaj szekvenciáinak közzétételét már ebbe az irányba történő elmozdulásként értékelte, egy olyan időszak eljövetelét vetítve elő, amikor a rokon fajok szekvenálása már rutinszerűvé válik.