研究人员培育出的转基因蚂蚁在显微镜下会发出绿色的触角，揭示了这些昆虫的大脑是如何处理令人担忧的气味的。
研究结果确定了三个响应警报信号的独特大脑区域。在这些称为肾小球的区域，蚂蚁的神经末梢相交。该作品于 2022 年 12 月 29 日1发布在 bioRxiv 预印本服务器上，尚未经过同行评审。
“蚂蚁就像小型行走的化工厂，”该研究的合著者、纽约市洛克菲勒大学的生物学家 Daniel Kronauer 说。以前的研究主要集中在识别蚂蚁释放的化学物质或分析昆虫对这些气味的行为反应，但“蚂蚁如何真正闻到信息素，现在才变得更加清晰”，Kronauer 说。
“这是第一次，在社会性昆虫中，特定的肾小球与特定的行为密切相关，”他补充道。
臭信号
蚂蚁是群居动物，它们通过释放一种叫做信息素的有气味的化学物质来相互交流。研究人员研究的克隆入侵者蚂蚁 ( Ooceraea biroi ) 是盲人。“他们基本上生活在一个充满气味的世界里，”Kronauer 说。“因此，他们的大量社会行为都受到这些化合物的调节。”
当一只蚂蚁察觉到危险时，它会从头部的腺体中释放出警报信息素来警告它的同巢伙伴。其他蚂蚁通过捡起它们的幼虫并撤离巢穴来响应这个信号。“蚂蚁没有专门用于面部识别或语言处理的大脑区域，而是拥有大规模扩展的嗅觉系统，”Kronauer 说。
研究人员通过向昆虫的卵中注射携带绿色荧光蛋白基因的载体来培育转基因克隆入侵者蚂蚁，该载体结合了一种表达指示大脑中钙活性的分子的基因。
Kronauer 说，这一过程得益于动物独特的生物学特性。“它们是无性的，它们没有蚁后，所以我们基本上可以克隆繁殖来自任何个体的任何转基因插入物。”
该团队将 13 只转基因蚂蚁暴露于 4 种警报信息素，同时对动物的大脑进行成像以检查它们如何处理危险信号。科学家们惊讶地发现，这四种信息素在整个大脑中激活的肾小球少于六个。“这与我们预想的非常不同，因为所有这些先前的研究都表明这些反应非常广泛，”Kronauer 说。
“我们预计可能有 20% 的肾小球会产生反应，即 100 个肾小球，”该研究的共同作者、洛克菲勒大学的生物学家泰勒哈特说。但“事实证明，实际上大多数时候只有三个”。
作者确定了一种特定的肾小球——他们将其命名为“恐慌性肾小球，广泛”或 PG b——对三种信息素有强烈反应，这三种信息素都会引发逃避行为。他们还确定了两个相邻的肾小球：一个对第四种信息素作出反应，导致蚂蚁在没有幼虫的情况下离开巢穴，另一个肾小球将来自三种引起警报的信息素的信号提供给 PG b。
转基因工具
自 1980 年代以来，科学家一直在制造转基因果蝇 ( Drosophila melanogaster )，自 1990 年代以来一直在制造各种物种的转基因蚊子。但对蚂蚁等具有复杂社会系统的昆虫进行基因改造，只是在过去十年才开始。作者说，这项工作将提高对蚂蚁复杂生物学的理解。
这些发现有助于“了解嗅觉在分子水平上是如何工作的，它是如何处理的，以及个人如何反应以及这如何导致自然界中的社会反应”，坦佩亚利桑那州立大学的生物学家 Juergen Liebig 说。“人们现在可以使用这些转基因工具并制造转基因蚂蚁来研究特定基因的功能，”他说，“以及这可能如何影响蚂蚁社会的组织。”
德国耶拿马克斯普朗克化学生态学研究所的神经生物学家 Silke Sachse 说，未来的研究可以在其他蚂蚁中使用类似的转基因工具来识别对警报信息素作出反应的嗅觉受体。“弄清楚这些受体是否在不同物种之间是保守的会很有趣，”她说。
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