Родительство не началось с млекопитающих.
Оно началось с голода.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, как эволюция перепрофилировала древние биологические механизмы для создания заботливого поведения. Исследователи из Университета Рокфеллера изучали клональных муравьев-разбойников (raider ants). Эти насекомые заботятся о своем потомстве, но не строили для этого новых «аппаратов» в мозге. Вместо этого они захватили системы, регулирующие питание.
Эволюция редко изобретает что-то с нуля. Она берет то, что уже работает, и использует это иначе.
«Эволюция использует то, что есть, и действует соответственно, иногда очень неожиданными способами», — говорит Дэниэл Кронауэр, руководитель лаборатории социальной эволюции и поведения.
Это открытие объясняет, почему муравьи, птицы и млекопитающие заботятся о своем потомстве, несмотря на разных предков. Механизм удивительно схож у всех этих видов.
Гипотеза древнего контура питания
Многие животные откладывают яйца и уходят, не проявляя никакой заботы.
Млекопитающие кормят детенышей грудью. Птицы насиживают гнезда. Муравьи кормят личинок.
Как произошел этот переход? Главная идея заключается в модификации. Эволюция изменила существующие системы, а не создавала новые.
Более ранние исследования мышей показали, что нейпептиды, связанные с голодом, также стимулируют родительское поведение. Однако проверять эту гипотезу на простых животных, таких как дрозофилы или круглые черви, сложно. Они не заботятся о потомстве.
Мыши подходят для этого лучше. Но их мозг слишком сложен: около 100 миллионов нейронов.
Муравьи проще. У них всего около 60 000 нейронов.
Эта простота делает их мощной моделью. Она позволяет проводить более быстрые и детальные исследования нейронных цепей.
Картирование мозга муравья
Команда Кронауэра разработала способ точно измерять заботливое поведение. Они создали поведенческую систему, которая одновременно отслеживала сотни отдельных муравьев с индивидуальными личинками.
Они также выявили химические сигнальные молекулы в мозге муравьев и протестировали, как каждая из них влияет на поведение.
В колониях муравьев есть четкое разделение труда по возрасту.
Молодые муравьи остаются внутри и ухаживают за личинками.
Старшие муравьи выходят наружу, чтобы искать пищу.
Исследователи хотели понять, как химия мозга управляет этим переходом.
«Мы аннотировали нейпептидом… Нам удалось идентифицировать 70 молекул». — Кей
Это была кропотливая работа, но она дала список из 70 специфических молекул. Теперь их можно исследовать различными способами.
Две молекулы управляют переключением
Результаты были однозначными.
Системы, регулирующие заботу, напрямую связаны с древними контурами голода.
Две сигнальные молекулы управляют этим переключением.
- Нейпептид F (NPF). Стимулирует заботу.
- Алатостатин А (AstA). Побуждает к поиску пищи.
У молодых муравьев уровень NPF высок, а AstA низок.
У старых муравьев картина меняется на противоположную.
Это соответствует их естественному переходу от ухода за потомством к поиску пищи.
Когда команда искусственно изменила активность этих молекул, поведение муравьев изменилось немедленно. Это доказывает сильное влияние этих нейпептидов на социальное поведение.
Голод все еще играет роль.
Голодные муравьи повышали уровень NPF и снижали AstA.
Они начинали вести себя больше как заботливые родители.
Сытые муравьи наблюдали обратный баланс. Они отказывались от заботы ради поиска пищи.
«Родительское поведение — это во многом про кормление», — говорит Кронауэр. «Не только себя, но и своего потомства».
Почему это важно для здоровья человека
Это касается не только насекомых.
У млекопитающих используются схожие молекулы. Сравнение этих цепей у разных видов может раскрыть общие механизмы эволюции родительства.
«Меня поражает, что такое поведение развивалось так много раз», — говорит Кей.
Эволюционные пути к такому поведению более ограничены, чем предполагалось ранее.
В перспективе это может привести к созданию «карты» сложного социального поведения.
Есть и другой аспект. Муравьи естественно стареют, переходя от роли заботливых родителей к роли фуражиров. Это предлагает модель здорового старения.
Большинство средств выделяется на лечение поздних стадий нейродегенеративных заболеваний. Но о нормальных изменениях мозга мы знаем мало.
«На самом деле мы знаем очень мало о том, как мозг меняется на протяжении всего здорового периода жизни человека», — говорит Кронауэр.
Эти динамики лежат в основе общества муравьев.
Нейромодуляторы вызывают изменения, зависящие от возраста.
Это, вероятно, относится и к другим животным, включая человека.
Мозг меняется. Поведение меняется.
Это сдвиг, а не конец.
