Німецькі та нідерландські ентомологи з'ясували, що при переході до рабовласницького способу життя мурахи втрачають істотну частину генів, пов'язаних з роботою нюшових і смакових рецепторів. Причина в тому, що робочі особини таких видів перекладають обов'язки зі збору їжі та годування матки і розплоду на слуг, захоплених у колоніях родинних видів. У результаті вони набагато менше спілкуються один з одним за допомогою хімічних сигналів і втрачають необхідність в тонкому смаку, так що гени, що відповідають за ці функції, поступово зникають. Втім, мурахи-рабовласники, судячи з усього, зберігають нюшливі рецептори, необхідні для пошуку колоній жертв, спілкування під час набігів на них і пошуку шляху додому. Препринт роботи опубліковано на сайті bceRxiv.
Більшість видів мурашок ведуть еусоціальний спосіб життя. Їх складні спільноти складаються з відкладаючої яйця матки і безплідних робітників, які доглядають за нею і з'являються на світ потомством. Однак деякі мурахи в процесі еволюції перетворилися на соціальних паразитів. Одні втратили касту робітників і живуть нахлібниками в колоніях інших видів. Інші - так звані рабовласники - викрадають робочих близькоспоріднених видів на стадії личинок або лялечок, а потім змушують їх видобувати корм і доглядати за маткою і розплодом. При цьому власні робітники мурахів-рабовласників частково або повністю втрачають ці навички і в основному займаються захопленням нових слуг. Цікаво, що види-рабовласники неодноразово і незалежно з'являлися в різних еволюційних лініях мурахів.
Команда ентомологів, яку очолила Евелін Йонгепір (Evelien Jongepier) з Вестфальського університету імені Вільгельма, вирішила перевірити, як спрощення соціальної структури відбилося на геномі мурашок-рабовласників. Відомо, що багато паразитів, які живуть всередині тіл інших організмів або на їх поверхні, втратили цілий ряд генів і пов'язаних з ними анатомічних і фізіологічних ознак. Дослідники припустили, що подібна картина повинна спостерігатися і у соціальних паразитів.
Наприклад, оскільки робочі особини мурашок-рабовласників перекладають більшу частину функцій на слуг, вони відносно рідко працюють у групі (в основному під час набігів на чужі колонії) і, як наслідок, менше спілкуються один з одним за допомогою хімічних сигналів. Логічно очікувати, що у таких видів гірше розвинена хеморецепція і менше відповідальних за неї генів. Частково на користь цієї ідеї говорить той факт, що робітники мурахів-рабовласників нерідко беруть участь у розмноженні. Можливо, це відбувається через їх нездатність сприймати феромони, що виділяються маткою, і реагувати на них.
Щоб розібратися в цьому питанні, Йонгепір і її колеги проаналізували геноми трьох видів мурахів-рабовласників (, і) і трьох споріднених видів, на яких вони паразитують (, і відповідно). Крім того, в аналіз включили два інших види мурахів, які не є рабовласниками або їх жертвами (і).
У геномі мурахів-рабовласників дослідники нарахували в середньому 311 генів нюшливих рецепторів. У їхніх господарів і видів з контрольної групи вдалося нарахувати значно більше таких генів: від 403 до 421. Генів, пов'язаних з рецепторами смаку, у рабовласників також виявилося набагато менше, ніж у споріднених видів: 41-52 проти 91-128. Таким чином, при переході до рабоволодіння мурахи дійсно втрачають істотну частину генів нюшових (25,08-29,97 відсотка) і смакових (44,44-55,56 відсотка) рецепторів.
Види-господарі в процесі еволюції також пережили втрату частини таких генів, але вона була набагато менш значною: 3,26-7,49 відсотка для генів нюх рецепторів і від 0-8,33 відсотка для генів смакових. Крім того, ці втрати були відіграні за рахунок дупликації генів. Ймовірно, подібні зрушення відображають еволюційну гонку озброєнь між рабовласниками та їхніми жертвами.
Додатковий аналіз показав, що, хоча, і розвивалися незалежно один від одного, вони втратили багато ортологічних генів. У всіх трьох видів спостерігаються втрати в двадцяти з 307 генетичних кластерів, пов'язаних з рецепторами нюху. Ця частка досить велика, щоб вважати її не випадковістю, а проявом конвергентної еволюції. Для порівняння, у трьох видів-господарів не зареєстровано жодного прикладу втрат генів в одних і тих же кластерах, пов'язаних з нюхом.
Швидше за все, всі три види мурахів-рабовласників паралельно відмовилися від консервативних генів нюшливих рецепторів, пов'язаних зі спілкуванням під час спільного пошуку їжі і турботою про розплід. Враховуючи, що функції збору їжі та догляду за потомством в колоніях даних видів виконують захоплені в чужих поселеннях слуги, не дивно, що ці гени виявилися марними і поступово зникли. Йонгепір і її колеги вважають, що з генів нюшливих рецепторів для мурашок-рабовласників важливі лише ті, що допомагають їм шукати колонії жертв, підтримувати зв'язок із сородичами під час набігів і знаходити шлях додому. Ці генетичні послідовності підтримуються природним відбором і зберігаються, а інші гени, пов'язані з нюхом, поступово перестають працювати і зникають.
Водночас втрати смакових рецепторів у всіх трьох видів мурашок-рабовласників спостерігалися в дванадцяти з 72 генетичних кластерів. Це приблизно відповідає випадковій частці. Іншими словами, різні види мурашок-рабовласників в основному втрачали різні гени смакових рецепторів. Автори пов'язують зникнення частини цих генів з тим, що робочі особини мурашок-рабовласників набагато рідше збирають їжу і годують личинок, а, значить, добре розвинений смак їм вже не потрібно. При цьому в геномі мурахів-рабовласників немає певної групи генів смакових рецепторів, які були б їм необхідні і тому зберігалися (як сталося з деякими генами нюху). Можливо, цим і пояснюється випадкових характер втрат серед них.
Раніше ми розповідали про індійські стрибаючі мурахи, у яких робітники можуть перетворюватися на маток, що розмножуються. Такі особини - їх називають гамергатами - живуть довше простих робітників, однак мозок у них при цьому зменшується. Американські ентомологи встановили, що при зворотному переході мурахи відновлюють втрачений обсяг мозку.