Аристотель восхищался политическим устройством муравейников, а древнекитайские даосы видели в муравьях символ тщетности человеческих амбиций. С доисторических времен эти насекомые, ползающие рядом с нами, первыми привлекают внимание детей.

Как и многое в биологии, научное понимание муравьев началось с Дарвина. В «Происхождении видов» (1859) он посвятил им десятки страниц. Существование муравьев бросало вызов его теории естественного отбора: если рабочие муравьи стерильны и не могут оставить потомство, как они стали так сильно отличаться от маток и самцов?

Дарвин предположил, что естественный отбор действовал через их родителей — моногамных и плодовитых. Разделение труда стало логичным следствием: самцы дают сперму, матки хранят ее десятилетиями, а рабочие добывают пищу, ухаживают за потомством и рано умирают.

С 1960-х известно, что Дарвин был прав. Гены рабочих передаются через родственных маток — сестры для эволюции так же ценны, как дети. Эффективность выращивания братьев и сестер постепенно закрепила в ДНК разделение на касты, подобно тому, как клетки зародыша развиваются в разные ткани.

Эволюционная стратегия, при которой особи помогают размножаться родственникам, чтобы сохранить общие гены, называется кин-селекцией, или родственным отбором. Например, рабочие муравьи жертвуют потомством, но поддерживают гены матки.

Но как геном перестроился для этого? Ответ дало девятилетнее исследование биологов из Копенгагена, опубликованное в журнале Cell. Ученые сравнили 130 геномов муравьев со всего мира и выяснили: почти вся их ДНК объясняет лишь происхождение и развитие каст.

После появления муравьев в юрском периоде их геномы менялись под действием естественного отбора. Это связано с ростом колоний, увеличением различий между матками и рабочими и даже появлением солдат — бесплодных защитников.

В меловом периоде геном стабилизировался, но его гены перемешались сильнее, чем у других животных. Это предопределило разнообразие видов. При этом ключевые гены, отвечающие за разделение труда между кастами, оставались неизменными 100 миллионов лет — вот почему муравьи так разнообразны.

Изучение муравьев помогает понять эволюцию социальных систем, включая человеческие. Их генетические механизмы могут вдохновить биотехнологии — например, создание искусственных колоний для сельского хозяйства или робототехники.

Отметим, что исследование охватывает только геномные изменения, но не учитывает эпигенетику — внешние факторы, влияющие на экспрессию генов. Без этого картина неполная.

Ранее ученые выяснили, что муравьи выращивали урожай задолго до появления человека.