女王螞蟻大部分時間都有嬰兒。為了在殖民地中統(tǒng)治至高無上，他們在他們身體的蠟質(zhì)表面上散發(fā)出一種特殊的氣味或信息素，抑制了姐妹的卵巢發(fā)育，使后者在生殖上不活躍的工人找到食物，護理年輕人并保護殖民地。

現(xiàn)在，加州大學河濱分校的研究人員已經(jīng)開始揭示螞蟻如何感知這些信息素以及它們?nèi)绾慰刂莆浵伻郝渲械纳痴{(diào)節(jié)和其他社會活動背后的分子機制。這項研究發(fā)表在今天的“自然通訊”雜志上，重點介紹了螞蟻如何利用嗅覺受體來區(qū)分群體成員，以便他們能夠在復雜的等級社會中共同工作。這些發(fā)現(xiàn)有助于制定新的有害生物管理戰(zhàn)略。

由分子細胞系統(tǒng)生物學系副教授Anandasankar Ray領(lǐng)導的研究小組已經(jīng)確定并鑒定了20多種在工蟻的觸角上發(fā)現(xiàn)的受體，這些受體在群體內(nèi)的分工中發(fā)揮作用。其中一種受體特異性地響應(yīng)由螞蟻產(chǎn)生的信息素，這種相互作用最終導致工人卵巢的生理變化。

螞蟻是真社會性昆蟲，意味著它們生活在合作群體中，其中一個雌性和幾個雄性參與繁殖，非繁殖個體發(fā)揮特殊作用，例如照顧年輕人，尋找食物和抵御敵人。多年來，科學家一直對螞蟻如何交流感興趣，螞蟻是通過一組碳氫化合物信息素介導的，這些信息素是螞蟻在身體上產(chǎn)生和“穿戴”的。通過這些信息素，螞蟻可以區(qū)分巢穴和非巢穴，并識別同一殖民地內(nèi)的不同種姓。

解開螞蟻背后的分子機制的努力花費了數(shù)年時間，并由幾所大學的合作者組成的聯(lián)盟。2015年，Ray的小組在Camponotus螞蟻物種中開發(fā)了一種強大的電生理學技術(shù)，并表明螞蟻天線上微小毛狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的感覺神經(jīng)元對各種不同的螞蟻信息素具有高度特異性。在Ray的幫助下，這種方法在亞利桑那州立大學的另一種螞蟻物種Harpegnathos saltator中進行了測試。然而，到目前為止，尚未在任何物種中鑒定出負責檢測這些烴信息素的嗅覺受體。

在當前的論文中，Ray的研究小組確定并鑒定了22種氣味受體，這些氣味受體與其他螞蟻產(chǎn)生的碳氫化合物信息素特異性相互作用，包括一種叫做HsOr263的氣味，它對雌性信息素有反應(yīng)。這些受體屬于稱為9-外顯子亞家族的氣味受體基因家族的亞家族。

“我們首先探索了嗅覺受體基因的9-外顯子亞家族，因為它在螞蟻和其他社會性昆蟲中大大擴展，使其成為開始尋找對碳氫化合物信息素起反應(yīng)的受體的好地方，”雷說。

加速這項研究，并為其他螞蟻受體的識別鋪平了道路，是Ray和Gregory Pask在Ray實驗室的前博士后研究員于2014年開發(fā)的一種技術(shù)，用于在轉(zhuǎn)基因黑腹果蠅中表達嗅覺受體。Pask將螞蟻受體的DNA插入到蒼蠅基因組中，并使用遺傳學來表達飛蠅觸角中的螞蟻受體。

“一旦我們在飛行天線中表達了一個螞蟻受體，我可以直接測量對該受體上各個碳氫化合物的反應(yīng)，”Pask說，他是Nature Communications論文的第一作者，目前是賓夕法尼亞州Lewisburg的Bucknell大學的助理教授。 “使用這種方法，我們確定了幾種重要碳氫化合物的氣味受體，包括在工人，男性或女王身上發(fā)現(xiàn)的碳氫化合物。”

“螞蟻和其他社會昆蟲在他們的身體上使用混合碳氫化合物作為'生物條形碼'，傳達殖民地內(nèi)的關(guān)鍵社會信息。我們的研究揭示了這些'條形碼閱讀器'如何在分子水平上工作，”帕斯克說。

雷說，嗅覺受體的鑒定為社會性昆蟲使用的化學通訊系統(tǒng)提供了新的見解，未來的研究將探討這些受體如何引發(fā)生理變化，例如抑制繁殖。

“嗅覺和處理嗅覺的方式是神經(jīng)科學的一個迷人領(lǐng)域，但這項工作也具有未來的實際應(yīng)用。通過增加我們對信息素介導的通信的理解，我們有很大的潛力能夠操縱和控制昆蟲的行為，這將導致新的害蟲管理策略，“雷說。