Социальная изоляция вызывает окислительный стресс у муравьев и сокращает их жизнь

Социальная изоляция негативно действует на здоровье и поведение социальных животных, а также сокращает их жизнь. Были показаны снижение иммунитета, нарушение сна и метаболическая дисфункция. Предполагается, что за эти эффекты отвечают нейрональные и эпигенетические изменения, но механизм остается не до конца понятным, в том числе из-за отсутствия подходящих моделей.

Эусоциальные виды насекомых (муравьи, некоторые пчелы, осы и термиты) живут в сложных сообществах, так что их можно использовать как модельные организмы. У некоторых видов королевы живут более 20 лет, что в десять раз дольше, чем рабочие особи. На продолжительность жизни влияют социальны факторы. Если изолировать рабочего муравья Camponotus fellah, то он проживет меньше, чем если бы рабочие особи жили в группе без королевы или выводка. Изолированные C. fellah также больше двигаются, чаще покидают гнездо и находятся на периферии обитаемого пространства. Схожий эффект на продолжительность жизни показан для других видов муравьев — Temnothorax nylanderi и Solenopsis invicta. В новой работе международная группа ученых использовала муравьев C. fellah для анализа молекулярных и физиологических механизмов, лежащих в основе эффекта социальной изоляции.

Для отслеживания поведения применяли автоматизированную систему и метки, которые приклеивали на муравьев. Часть муравьев держали в группах по десять, часть — в изоляции. Для опытов использовали четырехмесячных рабочих, потому что особи старшего возраста содержит большое количество муравьиной кислоты, а это мешает извлечению РНК.

Как и было показано ранее, изолированные муравьи больше времени проводили около стен и в других местах вне гнезда. У них также возрастал уровень активности, скорость и дальность передвижения.

Через 24 часа отслеживания поведения из тел муравьев извлекали РНК и секвенировали ее. В результате социальной изоляции снизилась экспрессия 487 генов и увеличилась экспрессия 407 генов. Согласно Gene Ontology, эти гены в первую очередь были связаны с окислительно-восстановительной активностью.

Окислительный стресс ассоциирован со старением, заболеваниями и потерей сна. Поэтому авторы сосредоточились на ферментах с окислительно-восстановительной активностью, чтобы проверить, могут ли они быть причиной изменения продолжительности жизни и поведения при социальной изоляции. В этих опытах использовали рабочих старше семи месяцев, потому что у них меньше ожидаемая продолжительность жизни. У изолированных муравьев была показана оверэкспрессия гена DUOX, NADPH-оксидазы, вырабатывающей активные формы кислорода (АФК), а также снижение экспрессии генов детоксикации — оксидоредуктазы Wwox-like 1 и цитохромов CYP336A26 и CYP6AQ19. Особенно заметен эффект изоляции на уровень экспрессии Wwox-like 1, CYP6AQ19 и DUOX был в жировом теле и эноцитах (которые выполняют роль печени), но не в пищеварительном тракте.

Анализируя экспрессию генов, авторы предположили, что социальная изоляция повышает уровень АФК в теле насекомых. Для проверки они измеряли уровень перекиси водорода. Действительно, уровень перекиси водорода был повышен в жировом теле и эноцитах изолированных рабочих. Повышение уровня других АФК также было показано для эноцитов и трофоцитов (основного типа клеток жирового тела). В эноцитах и трофоцитах изолированных муравьев была выше экспрессия маркера некроза. Повышение выработки АФК не было связано с увеличением активности особи.

Исследователи добавляли в воду антиоксиданты — мелатонин и NAD. Они увеличивали продолжительность жизни муравьев, находящихся в изоляции, но не в группе. В частности, мелатонин снижал уровень АФК в жировом теле и эноцитах. Такие муравьи также меньше времени проводили у стены.

Таким образом, эксперименты показали, что накопление АФК в жировом теле и эноцитах изолированных муравьев опосредует негативное влияние социальной изоляции на продолжительность жизни и поведение.

Муравьиная королева живет долго, потому что контролирует уровень инсулина