Większość mrówek może spotkać dwojaki los: albo staną się zbieraczami szukającymi pożywienia, albo żołnierzami broniącymi gniazda. Poziomy kluczowych hormonów wpływają na rolę, jaką będą pełnić. Badania przeprowadzone przez uczonych z Penn Medicine wykazały, że w procesie tym kluczowa jest rola bariery krew-mózg, bo to właśnie ona decyduje o ilości uwolnionego hormonu juwenilnego.
Czytaj też: Groźne mrówki już w Europie. Pierwsi poszkodowani na Sycylii, a będzie tylko gorzej
Odkrycia opublikowane w czasopiśmie Cell sugerują, że bariera krew-mózg może odgrywać wcześniej niedocenianą rolę w wpływaniu na zachowania społeczne zwierząt, w tym ssaków.
Bariera krew-mózg kluczowa w ustaleniu roli mrówki
U mrówek, podobnie jak u innych zwierząt, bariera krew-mózg składa się ze ściśle połączonych komórek, które chronią mózg przed zarazkami i innymi szkodliwymi substancjami. Badania przeprowadzone przez prof. Shelley Berger z Penn Medicine skupiły się na mrówkach z rodzaju Camponotus i ich unikalnych zachowaniach kastowych. Różne kasty (grupy społeczne) w kolonii mrówek często wykonują różne zadania, co często przekłada się na różnice w długości ich życia.
Czytaj też: Mrówki też produkują miód. Potwierdzono jego niesamowite właściwości
U tych owadów bariera krew-mózg wytwarza wyspecjalizowaną wersję enzymu esterazy hormonu juwenilnego (Jhe), odpowiedzialnego za rozkład hormonu juwenilnego (JH3), który reguluje rozwój i dojrzewanie reprodukcyjne. Teraz naukowcy odkryli, że enzym Jhe wytwarzany przez barierę krew-mózg jest zatrzymywany w tamtejszych komórkach, a nie przenika do krwiobiegu. Ten mechanizm odpowiada za kontrolę JH3, która dostaje się do mózgu robotnic.
Prof. Shelley Berger mówi:
To badanie ujawnia niezwykły związek między pojedynczym enzymem a złożonymi zachowaniami społecznymi mrówek. Pojedynczy enzym może wywołać zmianę różnych zachowań pracowników, kluczowych dla funkcjonowania kolonii. Rola bariery krew-mózg w kontrolowaniu tych zachowań jest naprawdę niezwykła i ma konsekwencje wykraczające poza świat mrówek.
Wszystko zaczęło się od tego, że żołnierze mrówek stolarzy z Florydy (Camponotus floridanus) mieli wyższy poziom enzymu rozkładającego hormon juwenilny – esterazy hormonu juwenilnego (Jhe). Ale białko to było obecne wyłącznie w komórkach tworzących barierę krew-mózg mrówek.
Dr Karl Glastad z Penn Medicine mówi:
Jednym z zaskakujących aspektów badania była obserwacja, że manipulowanie poziomem Jhe u mrówek-żołnierzy doprowadziło do zmiany zachowania w kierunku żerowania. To sugeruje, że pojedynczy gen kodujący enzym Jhe może znacząco wpływać na zachowanie żerowe – podstawowy aspekt struktury kolonii mrówek.
Aby sprawdzić, czy podobne mechanizmy mają zastosowanie u innych zwierząt, naukowcy przeanalizowali także opublikowane dane z panelu komórek myszy. Przeprowadzona w badaniu analiza mysich komórek śródbłonka sugeruje, że kontrolowane przez barierę krew-mózg przedostawanie się hormonów do mózgu może być zjawiskiem powszechnym w królestwie zwierząt. Ten przełom może utorować drogę do zrozumienia kontroli behawioralnej u różnych organizmów.