働きアリを女王アリに変えるタンパク質が特定される

身近な昆虫の一種であるアリは、女王アリや働きアリや兵隊アリなど別個の役割を有するアリたちが1つの群れを作り上げる社会性昆虫で、基本的に産卵を行えるのは女王アリのみとされています。新たに女王アリが死んだ際に働きアリから次世代の女王アリが選定されるHarpengathos saltator(インドクワガタアリ)という種に関し、「女王アリ候補を決定するタンパク質を特定した」と発表されました。

Kr-h1 maintains distinct caste-specific neurotranscriptomes in response to socially regulated hormones: Cell
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01180-6

Single molecule controls unusual ants' switch from worker to queen-like status
https://phys.org/news/2021-11-molecule-unusual-ants-worker-queen-like.html

Scientists Find a Single Protein Can Switch Some Ants From a Worker Into a Queen
https://www.sciencealert.com/the-activation-of-a-single-protein-could-turn-an-ant-from-a-worker-to-a-reproductive-queen

社会性昆虫であるアリは、産卵を行う女王アリと育児や食料の調達などを担う働きアリ、餌を得るための狩りや巣の防衛を行う兵隊アリなどのカーストが存在し、それぞれのカーストで形態が異なるケースが多いことで知られています。そんなアリの中でもインドクワガタアリはひときわ特殊で、女王アリが死ぬかいなくなるかした場合、メスの働きアリの大半が参加するという「次世代の女王アリの選定戦」が勃発して1カ月以上にもわたる後継者争いを繰り広げる上に、勝ち抜いた新女王の卵巣が増大し、脳が約20％も縮小するという奇妙な形態変化が生じる種です。

脳が小さくなったり大きくなったりするアリ、初の発見 | ナショナルジオグラフィック日本版サイト
https://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/21/041700192/

この女王アリのように産卵可能になった働きアリ「ガマゲイド」に生じる形態変化について、新たに「Krüppel homolog 1(Kr-h1)」という単一のタンパク質因子が影響を与えているという研究結果をペンシルベニア大学のJanko Gospocic氏らが発表しました。Gospocic氏らは既存の研究からアリやミツバチなどの社会性昆虫の社会的行動に影響を与えることが判明している「幼若ホルモンIII(JH3)」「20-ヒドロキシエクジソン(20E)」という2種のホルモンに着目。これらの2種のホルモンをインドクワガタアリの脳に注射した場合、JH3の場合は狩猟活動を低下させ、20Eの場合は卵巣の活性化が促進されることを確認した上で、「これら2種のホルモンに連動する何らかのスイッチ的な要因があるのでは」と考えました。

Gospocic氏らは、インドクワガタアリの脳から分離された特定のニューロンを用いた実験によって、このスイッチ的な要因が「Kr-h1」であることを突き止めました。Gospocic氏らによると、JH3と20Eは神経細胞内でKr-h1が最終的に結合する遺伝子に影響を与えており、インドクワガタアリにおいてKr-h1が起動すると働きアリの場合はガマゲイドに関連する遺伝子が抑制され、ガマゲイドの場合は働きアリに関連する遺伝子が抑制されることや、インドクワガタアリの神経細胞からKr-h1を除去するとガマゲイドは働きアリのように振る舞い、働きアリはガマゲイドのように振る舞うことが確認されたとのこと。

By L. Shyamal

Gospocic氏は今回の研究結果について、「単一のタンパク質が異なる階級のインドクワガタアリの脳内で別個の遺伝子を抑制するとは想定していませんでした。私たちは、働きアリの脳内でガマゲイドの振る舞いを抑制する因子とガマゲイドの脳内で働きアリの振る舞いを抑制する因子は完全に別個のものだと考えており、両方の脳に共通する因子が存在するとは考えていませんでした」とコメント。今後の研究では今回の発見の確認を行い、Kr-h1が他の社会性昆虫でも同じ役割を担うのかについて調査を行う予定だと語りました。