불운한 개미는 자신의 서식지를 구하기 위해 마지막 향기를 보냅니다

많은 사회적 동물에서 개인은 집단에 의해 밀려나는 것을 피하기 위해 질병의 징후를 숨기는 경우가 많습니다. 개미 번데기는 매우 다른 경로를 취합니다. 감염에 직면하면 생존할 수 없으며 동료에게 자신이 나타내는 위험을 경고하는 화학적 경보를 생성합니다.

일개미는 경고 신호에 반응합니다

일개미는 이 신호를 감지하자마자 빠르게 움직입니다. 그들은 감염된 번데기의 고치를 열고, 외부 표면에 작은 상처를 낸 다음, 일벌이 직접 생산한 천연 항균 화합물인 개미산을 도포합니다. 이 치료법은 번데기 내부에서 자라는 병원균을 죽이지만 번데기도 죽게 됩니다.

“언뜻보기에 자기희생으로 보이는 것은 실제로 신호 전달자에게도 유익합니다. 많은 유전자를 공유하는 동료를 보호합니다. 말기 개미는 군집에 치명적인 감염에 대해 경고함으로써 군집이 건강을 유지하고 딸 군집을 생성하도록 돕습니다. 이 딸 군집은 신호 전달자의 유전자를 다음 세대에 간접적으로 전달합니다.”라고 Sylvia가 이끄는 Social Immunity 연구 그룹의 전 박사후 연구원인 Erika Dawson은 설명합니다. ISTA의 크레머.

독일 뷔르츠부르크 대학의 화학 생태학자인 토마스 슈미트(Thomas Schmitt)와 함께 수행한 연구는 사회성 곤충에서 이러한 형태의 이타적 질병 신호를 처음으로 기록했습니다. 이러한 경고 시스템이 없으면 죽어가는 개미는 전염성이 매우 높아서 전체 군집을 위협할 수 있습니다. 불치병의 상태를 조기에 알림으로써 식민지는 위협이 확대되기 전에 제거할 수 있습니다.

개미 식민지가 극단적인 협력에 의존하는 이유

군집 규모에서 개미는 다양한 구성원이 집단 생존에 필수적인 역할을 맡는 ‘초유기체’로 기능합니다. Queens는 번식에 중점을 두고 작업자들은 먹이 공급부터 둥지 유지 관리 및 건강 관리에 이르기까지 모든 것을 관리합니다. 이는 생식 세포가 자손을 생성하고 다른 세포가 일상적인 생물학적 작업을 수행하는 인체의 노동 분업을 반영합니다.

유기체와 초유기체는 모두 생식 및 비생식 구성 요소의 긴밀한 협력에 의존합니다. 개미의 경우 이러한 협력은 매우 광범위하여 치명적으로 감염된 새끼를 희생시키는 것과 같이 개인의 희생을 치르더라도 군체에 이익이 되는 행동을 포함합니다.

조기 경고 신호가 필요한 이유

자연스러운 질문은 아픈 개체가 스스로 제거할 수 있다면 왜 개미가 그렇게 정교한 경보 시스템을 진화시켰는가 하는 것입니다. Cremer는 “죽음에 가까워진 성체 개미는 둥지를 떠나 군집 밖에서 죽습니다. 마찬가지로 곰팡이 포자에 노출된 일개미도 사회적 거리두기를 실천합니다.”라고 설명합니다. 하지만 이 옵션은 독립적으로 이동할 수 없는 브루드에게는 사용할 수 없습니다. 신체의 감염된 세포와 마찬가지로 외부의 도움이 필요합니다.

번데기와 체세포 발달은 비슷한 어려움에 직면하고 비슷한 전략을 사용합니다. 둘 다 면역 세포나 일개미를 끌어들이는 화학적 신호를 방출하여 이러한 도우미가 잠재적인 감염 원인을 제거할 수 있도록 합니다. 면역학자들은 이 신호를 “나를 찾아 먹어라 신호”라고 부릅니다.

“신호는 민감하고 구체적이어야 합니다”라고 Cremer는 덧붙입니다. “이것은 모든 불치병 개미 번데기를 식별하는 데 도움이 될 것이지만 건강한 번데기의 포장 풀기 또는 자체 면역 체계로 감염을 극복할 수 있는 번데기를 촉발하지 않도록 충분히 정확해야 합니다.” 이는 어떻게 그러한 정밀도가 달성되는지에 대한 의문을 제기합니다.

감염이 번데기 향기를 변화시키는 방법

사회성 곤충의 화학적 의사소통에 초점을 맞춘 연구를 하고 있는 Schmitt는 일개미가 많은 번데기 중에서 아픈 번데기 한 마리를 표적으로 삼을 수 있다고 지적합니다. “이것은 냄새가 둥지 방을 통해 단순히 확산될 수 없고 병든 번데기와 직접적으로 연관되어야 함을 의미합니다. 따라서 신호는 휘발성 화합물로 구성되지 않고 대신 번데기 몸 표면의 비휘발성 화합물로 구성됩니다.”

번데기가 치명적으로 감염되면 개미의 자연적인 냄새 프로필 중 두 가지 구성 요소가 더 강해집니다. 이러한 냄새 변화가 소독 반응을 촉발하는지 테스트하기 위해 연구자들은 변경된 냄새를 건강한 번데기에 전달하고 작업자의 행동을 모니터링했습니다.

Cremer는 “우리는 신호를 보내는 번데기에서 냄새를 추출하여 건강한 새끼에게 적용했습니다.”라고 말했습니다. 그 결과 냄새만으로도 작업자가 처리된 번데기의 포장을 풀기에 충분하다는 사실이 밝혀졌으며, 말기 감염된 새끼의 변경된 냄새가 감염된 체세포에서 볼 수 있는 “나를 찾아서 먹어라” 신호와 동일한 방식으로 기능한다는 것을 입증했습니다.

특정 번데기만 경고를 보내는 이유

Dawson에 따르면 모든 무리가 이 경보 신호를 보내는 것은 아닙니다. “일개 번데기보다 면역 방어력이 더 강하고 스스로 감염을 제한할 수 있는 여왕 번데기는 군집에 이러한 경고 신호를 보내는 것이 관찰되지 않았습니다.”라고 그녀는 설명합니다. 그러나 일개 번데기에는 이러한 능력이 부족하여 도움을 청하는 신호를 보냈습니다.

감염을 통제할 수 없는 경우에만 신호를 보내 식민지가 실제 위협에만 대응하도록 합니다. 이는 아직 회복할 수 있는 개인의 불필요한 손실을 방지합니다. Cremer는 “개인과 군집 수준 사이의 이러한 정확한 조정이 이타적 질병 신호 전달을 매우 효과적으로 만드는 이유입니다.”라고 결론지었습니다.

동물 연구에 관한 정보

행동 생물학, 면역학, 유전학 등 기본적인 생물학적 과정을 더 잘 이해하려면 동물을 대상으로 한 연구가 필수적입니다. in silico 접근법을 포함한 다른 어떤 방법도 이러한 연구를 완전히 대체할 수 없습니다. 실험에 사용된 모든 동물은 엄격한 법적 규정에 따라 수집, 사육, 취급됩니다.