Чим більше з'їси, тим менше проживеш. Переїдання скорочує наше життя і прискорює старіння. Однак для довгого життя важливо не тільки кількість спожитих калорій, але також їх джерело. Тварини це прекрасно відчувають і, коли мають в своєму розпорядженні достатню різноманітність кормів, вміло їх комбінують. Коти, наприклад, стежать, щоб не перебрати вуглеводів, а багатьом комахам категорично шкідливі білки.
Французька дослідниця Одрі Дюссьютур з Центру вивчення когнітивних здібностей тварин (Університет Поля Сабатьє, Тулуза) і професор Центру математичної біології Сіднейського університету Стів Сімпсон встановили, що їжа, що містить більше 5% білка, катастрофічно скорочує життя робочих мурах. Результати досліджень опубліковані в журналі «Proceedings of the Royal Society B» (2012, т. 279, с. 2402-2408, doi: 10.1098/rspb.2012.0051).
Мурахи, виявляється, дуже зручний об'єкт для вивчення різних факторів, що визначають тривалість життя. Їх колонія - це плідна (фертильна) матка і стерильні робочі особини, причому матка живе в кілька разів довше, що дозволяє досліджувати вплив фертильності на довголіття. Серед робочих мурах існує явний поділ праці, і фахівці можуть спостерігати залежність швидкості старіння від зовнішніх умов при однаковому генотипі. Ще плюс - тривалість життя соціальних комах можна досліджувати як на індивідуальному, так і на колоніальному рівні. А головне полягає в тому, що вірне для мурах справедливо і для інших соціальних комах, наприклад медоносних бджіл, в правильному харчуванні і довгого життя яких людина кровно зацікавлена.
Вчені працювали з чорними садовими мурахами Lasius niger. Вони доглядають за попелицями та в природних умовах харчуються паддю - солодким соком рослин, а також мертвими комахами. Але чого і скільки з'їдає окремий мураха, зрозуміти важко, тому що розподіл видобутку, принесений фуражирами, відбувається в надрах гнізда. Відомо, однак, що білкова частина йде в основному на прокорм личинок, а дорослі особини воліють рослинну їжу. Все було б простіше, якби мурашині колонії були однорідними за складом, але таке можливо тільки в експериментальних умовах.
Чим ще хороші мурахи, так це тим, що їх легко утримувати в неволі і вони завжди під рукою у дослідника. У лабораторії Одрі Дюссьютур жили кілька мурашиних сімей. Вчені сформували з них 128 експериментальних груп по 200 робочих мурах в кожній. Комах відбирали поза гніздом, коли вони збирали корм. У цих однорідних групах не було ні королеви, ні личинок. Кожну групу помістили в «гніздо» - пластикову чашку діаметром 10 см, дно якої вистилали вологою ватою. Гніздо ставили на круглу підставку діаметром 12 см з тефлоновими, дуже слизькими стінками, які не дозволяли комахам втекти. У цій же зоні мурах і годували з єдиної годівниці - так простіше було враховувати спожитий за добу корм, кількість мурах у годівниці і число що годуються комах. Спочатку їм давали 15% -вий розчин бджолиного меду і борошняних черв'яків (личинок борошняного хрущака), а через тиждень, коли комахи пообвиклі на новому місці, почали експерименти.
Перш за все дослідники вияснили, як на тривалість мурашиної життя впливає співвідношення білків і вуглеводів. Для комах приготували штучні корми, в яких загальна концентрація поживних речовин була постійною - 200 г/л, незмінним залишалося і вміст вітамінів, мінералів і жирів, а співвідношення білків куглеводам становило 5: 1,3: 1, 1: 3 або 1 : 5. Кожен з чотирьох раціонів випробували 32 експериментальні групи. Щодня дослідники прибирали з гнізда мертвих мурашок, експеримент тривав до тих пір, поки не померли всі комахи. Чим більше білка було в кормі, тим менше жили мурахи і швидше гинула колонія. Групи, які сидять переважно на вуглеводної дієти, протрималися близько 400 днів, а на білкової (5:1) ледь дотягували до п'ятдесяти. Терміни, в які гинула половина населення колоній, становили 300 і 30 днів відповідно.
Переконавшись, що мурахи від корму 5:1 мруть як мухи, дослідники задалися питанням, що саме їм шкодить: надлишок протеїнів або недолік вуглеводів, і для його вирішення продовжили кормові експерименти. Мешканцям восьми мурашиних гнізд давали живильну суміш, в якій всього було мало: глюкози стільки ж, що і в високобілковому кормі, а протеїнів в п'ять разів менше, ніж вуглеводів. Друга вісімка отримала безвуглеводний раціон з концентрацією білка 167 г/л, третя - обидва корми на різних тарілочках. Ще восьми групах дістався вихідний високобілковий продукт 5:1. Комахи, які одержували корми з великою кількістю білка, довго не протягнули, на 50-й день в гніздах не залишилося жодної живої мурашки. Найдовше, приблизно 350 днів, проіснували групи, яким надали обидва види корму, вуглеводний і чисто білковий. Вони прекрасно склали собі раціон, навідуючись в основному до годівниці з глюкозою. Близько 300 днів жили колонії, які одержували їжу з малим вмістом глюкози і білків. Низька концентрація вуглеводів мурашкам не завадила. Недолік глюкози вони компенсували більш активним її поїданням. Так що колонія робочих мурах вміє регулювати своє харчування так, щоб тривалість життя була максимальною. І не мала кількість глюкози їм шкодить, а надлишок білка.
Поекспериментувавши ще з різними кормами, дослідники оцінили вплив мурашиного раціону на такі параметри, як активність і ефективність харчування, тривалість життя окремих мурах і колонії в цілому. Виявилося, що робочі мурашки найдовше живуть на дієті, в якій вуглеводів в чотири рази більше, ніж білків. Якщо концентрація білка в їжі перевершує 5%, то тривалість життя колонії різко скорочується. І, треба сказати, мурахи прекрасно почували, коли їжа бувала нездоровою. У годівниці з білковим кормом товклося багато комах, але вони були не дуже активні.
Переконавшись, що надлишок протеїнів для мурах шкідливий, дослідники вирішили визначити, наскільки саме, тобто як довго комахи можуть пробути на білковій дієті без видимих наслідків. Вони витримували мурах на білковому кормі один, два, три або чотири дні, а потім переводили на оптимальний раціон. Виявилося, що навіть один-єдиний день білкового харчування скорочував життя колонії на 20% в порівнянні з комахами, які постійно отримували збалансований корм.
Дослідники не очікували такої нищівної дії надлишку білків. Не зовсім зрозуміло, чим воно викликане. У пошуках пояснення вони перш за все згадали про ген TOR. Все, що активує його роботу у дорослих, сформованих особин, скорочує життя. Відомо, що висока концентрація поживних речовин - один з стимуляторів TOR, проте вчені вважають, що ген реагує не тільки на кількість, але і на співвідношення різних компонентів. Надлишок білка чи навіть окремих амінокислот може активувати його роботу. А личинкам висока активність TOR необхідна - адже його продукт регулює ембріональний розвиток, тому для них додатковий білок - як раз те, що потрібно. Він і ген активує, і метаболічні потреби молодого, бурхливо зростаючого комашиного організму забезпечує.
Але можливі й інші причини, які не дозволяють робочим мурашкам об'їдатися білковою їжею. На відміну від личинок їх здатність до перетравлювання білків обмежена, так як травна система виробляє мало протеаз (ферментів, що розщеплюють білки). Також скорочення життя може бути пов'язано з тим, що при білковому харчуванні утворюється багато азотистих відходів. Зверніть увагу, мова не йде про те, що дорослі мурахи обходяться взагалі без білка. Білок їм потрібен, і кожна комаха з'їдає приблизно по півмілліграмма в день. Цього її цілком достатньо, а більше не потрібно: робочі мурашки не ростуть і не розмножуються. Надлишок протеїнів, перевищення відсоткової норми, підвищує смертність робочих особин і скорочує життя колонії в десять разів, а один день на такій дієті - на 20%. Вся справа в дозі.
Одрі Дюссьютур і Стів Сімпсон затіяли це дослідження не тільки з любові до мурашок. Вони хотіли розібратися з масовою загибеллю бджолиних сімей, яка в останні п'ять-шість років стала сущим лихом для бджолярів США. Це явище назвали колапсом колонії. Комахи нічим не хворіють, але чисельність колонії стрімко скорочується. У ній залишаються королева і всього кілька сотень робочих бджіл, зате величезна кількість розплоду, що свідчить про швидку загибель саме дорослих особин. З осені 2006 року американські бджолярі втрачають через колапс від 30 до 40% бджолиних сімей щорічно.
Причина цього явища невідома, проте досліди на мурах дозволяють припустити, що тут замішано білкове харчування. Відомо, що робочим бджолам воно теж скорочує життя, а ось личинкам корисно, і, щоб збільшити їх кількість, бджіл зараз постачають високобілковими промисловими кормами. Вони містять соєве борошно, знежирене молоко, яєчний порошок і пивні дріжджі. У звичайному пилку близько 25% білка, а в його синтетичному заміннику - до 40%. Розплоду після такої годівлі дійсно стає багато, але доглядати за ним вже нікому. Дослідники планують з'ясувати, як штучний пилок впливає на тривалість життя робочих бджіл і чи збігається поширення колапсу колоній із застосуванням штучних кормів.