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        从不夜城的明亮灯光——人们通宵达旦地熙熙攘攘，以保持地铁、服务器和供应链的运转——到热带森林中蚂蚁嗡嗡作响的热带森林低语黑暗的底层，地球上最复杂的社会都取决于全天候的合作和微调的角色。

         在 Atta 头蚂蚁或切叶蚁中，从下颌骨（下颌）的曲线到体型，每个角色都预先写在形态学上，编写精确的分工。 笨重的 Major 蚂蚁充当哨兵，在门口巡逻并击退入侵者; 稍小的 Media 蚂蚁为灵活的未成年人、蚁群保管人和看护人收获叶子五彩纸屑; 在最小的一层，针状大小的 Minima 蚂蚁为真菌花园梳理毛发并摇篮幼崽。 由宾夕法尼亚大学 Shelley Berger 领导的研究人员

         Now 揭示了切叶虫遗传密码的关键要素，确定了两个信号分子可以调高或调低以重新编程 ANT 职责。 甲壳类心脏活性肽 （CCAP） 在培养基蚂蚁中升高，促进叶子收获任务，并且可以在其他亚种姓中诱导类似的行为。 然而，Neuroparsin-A （NPA） 在 Majors 中含量丰富，可抑制育雏护理并与防御性巡逻有关，交替降低其 NPA 水平以促进护理行为。

         在 Cell 上报告了他们的发现，研究人员还发现了一个惊人的相似之处：支配基因的基因表达模式切叶蚁的分工反映了 Eusocial 裸鼹鼠的分工——同样遵守合作育雏照料的哺乳动物——暗示了可追溯到 6 亿多年前的趋同分子机制。

         “我们惊讶地看到，与裸鼹鼠哺乳动物相比，护士和蚂蚁觅食者之间的基因调控明显相似——这出乎意料，”Daniel S 的 Berger 说。 Och Penn 将知识大学教授与学院的任命相结合艺术与科学和佩雷尔曼医学院。 “我们在蚂蚁身上的研究结果强化了单一神经肽如何极大地改变行为，这可能适用于人类的社会行为——尽管人类当然要复杂得多。”

         从木匠到切叶者

         基于先前对木匠蚁的研究，木匠蚁具有相似但更简单的社会组织，由两种角色组成——觅食者和士兵——该团队研究了切叶刀探索这些原则如何扩展到更微妙的四个子种姓结构，即主要、媒体、次要和最小。

         研究人员创建了 3D 打印的行为室，使他们能够监测蚂蚁如何与树叶、幼虫或真菌相互作用。 这些腔室能够通过视频分析跟踪和量化行为，展示了改变蚂蚁的 CCAP 和 NPA 水平如何诱导其分配任务的剧烈和可重复的变化。

        “一般来说，特定神经肽在某些种姓中更丰富，因此我们研究了每个种姓大脑中神经肽的水平，”罗切斯特大学助理教授、伯杰实验室前博士后研究员 Karl Glastad 解释说。 “在 Majors 中，决定切叶行为的神经肽很低，而停止哺乳的神经肽很高，所以如果我们增加前者，它会导致切叶行为，如果我们减少后者，它导致育雏的护理和照料。

         Glastad 补充说，这些神经肽一旦与它们的匹配受体结合，就会引发一个错综复杂的信号级联反应，这种信号级联反应会通过基因网络产生涟漪，就像分子 Rube Goldberg 机器一样，导致蚂蚁从一个专业任务转移到另一个专业任务。

         跨王国的分子机制

         为了进一步探索这种行为脚本的进化深度和影响，该团队调查了遥远的裸鼹鼠进化表亲，其地下殖民地与切叶鸟巢的种姓般的和谐相呼应。

        “起初，我认为加入裸鼹鼠感觉有点笨拙，”Glastad 笑着说。 “但我们惊讶地发现，这两个物种的大脑之间这类觅食和照料种群的分子调控实际上有很多相似之处。”

         尽管裸鼹鼠缺乏像蚂蚁中发现的 NPA 那样的确切神经肽，但研究人员假设，由于某些更保守的受体的混杂，这些肽可能仍会激活两个物种共有的古老、保守的途径。

         “当我们看到这些有趣的神经肽结果时，我们追求这样一个想法，即也许这种神经肽正在插入一些保守的基因通路，这些通路在这些截然不同的动物中趋同进化以管理不同的行为，”Glastad 解释说。 “值得注意的是，我们发现了大量重叠 - 足以让蚂蚁神经肽甚至可以激活裸鼹鼠大脑中的内源性受体。 发现这种意想不到的融合真是太酷了，坦率地说，这是偶然的。

         胰岛素调节途径的新作用？

         研究结果还揭示了与胰岛素调节途径的有趣联系，胰岛素调节途径以其在糖代谢中的重要作用而闻名。 特别是

         特别是，胰岛素样肽（如 Ilp1）与 NPA 一起显着表达，表明以前未被重视神经肽信号传导和胰岛素通路在行为调节中的相互作用。

         “通过发现胰岛素与母体照顾行为之间存在这种联系，无论是裸鼹鼠还是切叶蚁，我们推测这可能会为潜在研究胰岛素调节障碍如何影响这些行为打开大门，”第一作者 Maxxum Fioriti 说。 Berger 实验室的研究生研究员。

         “此连接启动研究胰岛素如何调节哺乳动物甚至人类护理行为的新途径，“Fioriti 说，并冒险认为糖尿病等胰岛素抵抗疾病可能会影响孕产妇心理健康和产后抑郁症。

         延伸到寿命可塑性

         展望未来，Berger 的团队热衷于探索生物可塑性与行为相关的持久性。 他们还有兴趣将他们的工作扩展到晚年恢复活力和寿命可塑性，因为繁殖蚁后比不繁殖的工蚁活得更久。

         Berger 认为，表观遗传学，即研究如何在不改变潜在 DNA 的情况下打开或关闭基因活性，为理解行为可塑性以及生命周期可塑性提供了强大的方法。

         “我们真的很感兴趣的是重新编程的行为持续多长时间，以及长寿蜂王的途径是什么，”她说。 “我认为这两种现象都是巨大的对哺乳动物和人类生物学的兴趣——我们正在研究的行为和寿命的可塑性的长期影响。

         谈到未来关于寿命可塑性的研究，Fioriti 指出，实验室中的其他一种蚂蚁物种具有惊人的寿命可塑性，“它们不仅可以有不同的行为，还可以在长寿的蚁后和短寿的工蚁之间切换。

         “我们对蚂蚁行为模型与裸鼹鼠进行了这些比较，并且我们也有兴趣看看我们是否可以将了解蚂蚁和裸鼹鼠之间的寿命可塑性结合起来，“Fioriti 说。

         关键要点

         Shelley Berger 是 Daniel S。 Och大学佩雷尔曼医学与科学学院细胞和发育生物学系教授，宾夕法尼亚大学表观遗传学研究所所长。

         Karl Glastad 是罗切斯特大学生物学助理教授，曾任Berger 实验室的博士后研究员。

         Maxxum Fioriti 是一名博士。 宾夕法尼亚医学院的候选人和伯杰实验室的研究员。

         其他作者包括 Michael B. 吉尔伯特、马坦·索雷克、蒂尔尼·斯卡帕、弗雷迪 S. Purnell、Daniel Xu、Josue Baeza、Richard Lauman、Balint Z。 宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的 Kacsoh 和 Roberto Bonasio; 林赛 K. Talus Bioscience 的 Pino; 罗切斯特大学的 Anatoly Korotkov、Ali Biashad、Andrei Seluanov 和 Vera Gorbunova;Anastasiia Filippova 和 Mackenzie W. 洛桑联邦理工学院的马蒂斯; 和 Benjamin A. 华盛顿大学医学院的 Garcia。

         这项工作得到了美国国立卫生研究院（奖学金 F32GM120933 和 F31AG072777-03 的支持; 授予 NIA R01 AG055570、AG047200 和 NIMH R01 MH131861）; Zuckerman STEM 领导力博士后计划和人类前沿科学计划。