הפעילות של חלבון אחד במוחן של הנמלים הקופצות ההודיות גורמת לפועלות להתנהג כמו מלכות, ולהפך. תלוי בהורמונים שהפעילו את החלבון
חייהן של נמלים קופצות הודיות יכולים להיות פשוטים למדי. כבר כשהן בוקעות מהביצה הן מקבלות את התפקיד שאותו ימלאו מרבית חייהן – פועלות או מלכה יחידה. אך אם מלכת הקן מתה, שום דבר כבר לא פשוט. במרבית מיני הנמלים, מותה של המלכה הוא סופו של הקן, שכן המלכה היא היחידה המסוגלת להתרבות, ובלעדיה הקן ילך ויגווע. אך לא כך הדבר אצל נמלים קופצות הודיות. רגע מותה של המלכה הוא יריית הפתיחה לקרבות ירושה קשים, מעין "מועדון קרב" בין כלל הנמלים הפועלות, הנאבקות זו בזו בצליפת מחושים ובנשיכות זהירות. הקרבות עשויים להימשך עד ארבעים יום, והנמלים המשתתפות בהם עוברות סדרה של שינויים פיזיים. בתום הטורניר, קבוצה קטנה של נמלים יזכו לתפוס את מקומה של המלכה ולהמשיך להתרבות. המפסידות ימשיכו את חייהן כפועלות.
אולם, נמלה פועלת אינה מצוידת במנגנונים הדרושים כדי לתפקד כמלכה – בין השאר, השחלות שלה קטנות ולא פעילות. עם זאת הנמלים המנצחות עוברות שינויים פיזיולוגיים והתנהגותיים עד שיתאימו לתפקידן החדש כדמויות-מלכות המכונות גָמֵרגייט (gamergate). בעקבות השינויים האלה תוחלת החיים שלהן גדלה פי חמישה לפחות, משבעה חודשים לשלוש עד חמש שנים, הן מפתחות איברי רבייה פעילים, התנהגותן משתנה ומוחן מתכווץ.
מחקר חדש, של צוות חוקרים מגרמניה ומארצות הברית, גילה שהמפתח לשינויים אלו הוא "מפסק" אחד: גן שהפעלתו על ידי הורמונים שונים קובעת אם הנמלים יהיו פועלות או דמויות-מלכות.
טורניר קרבות של נמלים קופצות הודיות, שסומנו בצבעים על ידי חוקרים:
הורמונים מלכותיים
מחקרים קודמים הראו שבחרקים חברתיים, כגון דבורים ונמלים, שני הורמונים – הורמון הנעורים (JH3) ואקדיזון (הורמון הנשל, 20E, אם כי הוא לא קשור רק להתנשלות) – קשורים למעמד של הפרט בקן. לפועלות יש רמות גבוהות של הורמון הנעורים, ולמלכות וגמרגייט רמות גבוהות של אקדיזון. זאת ועוד, אם חושפים, למשל, פועלות של הנמלים הקופצות ההודיות באופן מלאכותי לאקדיזון, השחלות שלהן מתחילות לפעול. במחקר הנוכחי כשהזריקו החוקרים את הורמון הנעורים לנמלים צעירות הוא הגביר את תוקפנותן וגרם להן להתנהג כפועלות. לעומת זאת, הזרקת אקדיזון הובילה לירידה בתוקפנותן ולהפעלת השחלות והתפתחות ביצים, כפי שקורה במלכות וגמרגייט.
כדי להבין כיצד ההורמונים הללו משפיעים על המוח וכך על ההתנהגות, בנפרד מהשפעתן על הגוף כולו, פיתחו החוקרים שיטה לגידול תאי עצב של נמלים בתרבית במעבדה. הם הפיקו תאי עצב ממוחן של הנמלים וגידלו אותם בצלחת פטרי בנוכחות אחד משני ההורמונים. כך יצרו החוקרים מערכת ניסוי פשוטה יחסית ובודדו את תאי העצב של הנמלים מהשפעות חיצוניות, שאינן קשורות לחשיפה להורמונים.
הורמון הנעורים מגביר את תוקפנותן של הנמלים הקופצות ההודיות. פועלת מאיימת על הצלם | צילום: Karl Glastad (Berger Lab), CC BY-SA
בשלב הבא בחנו החוקרים אילו גנים באים לידי ביטוי בתאי העצב שגדלים במעבדה. הם זיהו כמה אלפי גנים שהופעלו בתגובה להורמונים, מספר גנים גדול שלא מאפשר למצוא בקלות את הגנים העיקריים שאחראים לשינויים, אם יש כאלו. החוקרים החליטו להתמקד בגנים המופעלים בתחילת תהליך השינוי, לשם כך הם דימו בתרבית את המצב שבו נמלים קופצות הודיות מחליפות מעמד. הם גידלו את תאי העצב בנוכחות הורמון נעורים ולאחר מכן חשפו את התאים לאקדיזון, ולהפך. החוקרים גילו חמישה גנים בלבד שהופעלו בשני המעברים - מפועלת לגמרגייט ובחזרה - כשאחד מהם, גן בשם Kr-h1, היה הראשון שהופעל ונותר פעיל מאוד גם 24 שעות לאחר הטיפול.
החלבון שנוצר על פי הגן הזה הוא מעין "מפסק ראשי" השולט בהפעלתם של גנים רבים אחרים. כאשר התאים שגדלו בתרבית, או נמלים חיות, נחשפו להורמון הנעורים, Kr-h1 מנע מגנים הקשורים להתפתחות מלכה לבוא לידי ביטוי, ולכן פעלו רק גנים הקשורים לתפקוד של פועלות. לעומת זאת, בנוכחות אקדיזון Kr-h1 גרם לאפקט הפוך: הוא מנע מגנים הקשורים לפועלות לפעול, כך שרק גנים הקשורים להתפתחות דמויות-מלכות הופעלו.
נוסף על כך, כשהחוקרים פגעו ב-Kr-h1 במוחן של נמלים ממעמד הפועלות או הדמויות-מלכות, הפגיעה שינתה את התנהגותן בהתאם למעמד שבו היו. נמלים פועלות הפסיקו לצוד וגנים הקשורים להפעלת השחלות החלו לפעול בהן, בעוד נמלים דמויות-מלכות חזרו לצוד והופעלו אצלן גנים הקשורים ל"כיבוי" השחלות.
פגיעה בגן Kr-h1 במוחן של נמלים ממעמד הפועלות גרמה להן להפסיק לצוד. נמלה מטפלת בביצים ומתעלמת מהצרצרים העסיסיים שלידה | איור: Tim Christopher based on photography by Brigitte Baella and Karl Glastad, CC BY-SA
החוקרים הופתעו לגלות שהפעילות של אותו גן, Kr-h1, משמרת את מעמדן של הנמלים. הם סבורים שההורמונים הגורמים להפעלתו - הורמון הנעורים ואקדיזון - משפיעים בצורה כלשהי על החלבון שמיוצר לפיו, כך שימנע את הפעלתם של גנים שונים לחלוטין בפועלות ובדמויות-המלכה.
"המסר העיקרי הוא, לפחות בנמלים, שדפוסי התנהגות רבים מוגדרים בגנום בעת ובעונה אחת ושלבקרת גנים יכולה להיות השפעה גדולה על איזו התנהגות האורגניזם יוציא לפועל", אמרה שלי ברגר (Berger), מאוניברסיטת פנסילבניה, מחברי קבוצת המחקר, בהודעה לעיתונות. "במילים אחרות, תפקידיהם של ד"ר ג'קיל ומר הייד כבר כתובים בגנום. כל אחד יכול לשחק כל אחד מהתפקידים, זה רק תלוי באילו מפסקים גנטיים מופעלים או כבויים".
בהמשך החוקרים מקווים לגלות אם המנגנון הזה קיים אצל חרקים חברתיים נוספים שבהם הורמון הנעורים, אקדיזון ו-Kr-h1 מעורבים בצורה כלשהי בהבדלים בין המעמדות. כמו כן, הבנת המנגנונים שבאמצעותם ההורמונים מובילים לשינויים בגופן של הנמלים ובהתנהגות החברתית שלהן עשויה לסייע בהבנת הקשר בין פעילות הורמונלית להתנהגות חברתית גם אצל בעלי חיים אחרים, כמו עופות ויונקים.
