Študija o mravih vsebuje informacije o razvoju socialnih žuželk

Anonim

Ena od velikih uganka evolucijske biologije je tisto, kar je povzročila, da nekatera živa bitja opustijo samoten obstoj v korist življenja v sodelovalnih družbah, kot je razvidno iz mravov in drugih družbenih insektov, ki tvorijo kolonije. Glavna značilnost tako imenovane eusocialne vrste je delitev dela med kraljicami, ki postavljajo jajca in delavce, ki skrbijo za pleme in opravljajo druge naloge. Kaj pa to določa, da mora kraljica položiti jajca in da se delavci ne smejo razmnoževati? In kako se je to razlikovanje zgodilo med potekom evolucije? Evolucijski biolog dr. Romain Libbrecht v preteklih letih razmišlja o teh težavah in v sodelovanju z raziskovalci na Univerzi Rockefeller v New Yorku je našel popolnoma nepričakovan odgovor: en sam gen, imenovan insulin podoben peptid 2 (ILP2), ki je verjetno aktivira z boljšo prehrano, spodbuja jajčnike in sproži razmnoževanje.

"Morda se zdi skoraj nepredstavljivo, da bi moral samo en sam gen narediti vse razlike", je poudaril Libbrecht. Raziskovalci so zaključili s primerjavo 5.581 genov pri sedmih mravljih vrstah v štirih različnih poddružinah, ki se med seboj razlikujejo glede na številne značilnosti. Toda v eni stvari so vsi podobni: v možganih reprodukcijskih žuželk vedno obstaja večji izražaj ILP2. Tako imajo Queens višje ravni kot delavci. Nadaljna ugotovitev kaže, da se ta peptid nahaja le v možganih, kjer se proizvaja v majhni skupini s samo 12 do 15 celicami.

Oddelek za razmnoževanje in oskrbo plešet kot podlago za nastanek družabnih kolonij

Domneva se, da je izvor socialnega vedenja žuželk mogoče najti v prednikov, podobnih osp, ki se spreminjajo med fazo razmnoževanja in plemenjačenja. Ženska osa bi postavila jajce in poskrbela za ličinko, dokler se ne pupka. Vendar sta bili ti dve fazi ločeni in pripadajoče naloge dodeljene različnim posameznikom, in sicer kraljice in delavce, med razvojem eusocialnosti.

Libbrecht in njegovi kolegi v New Yorku so preučili mravlje vrste Ooceraea biroi za določitev molekularnih mehanizmov, ki so podlaga te delitve dela. O. biroi je majhna vrsta dolžine od 2 do 3 milimetrov, ki izvira iz Azije, vendar se je razširila po tropih. Žuželke živijo v podzemnih odsekih, napadajo gnezda drugih mravljih vrst in se hranijo s svojim plečem. Nenavadna stvar o vrsti O. biroi je, da ni matic, samo delavk. Vendar se lahko vsaka delavka reproducira skozi partenogenezo. To pomeni, da ženska proizvaja drugo identično žensko - insekti se dejansko klonirajo sami. In vedno sledijo posebnemu ciklu: vse ženske delavke postavljajo jajca v 18-dnevnem obdobju, po tem pa 16 dni hranijo hrano in hranijo ličinke. Cikel se nato začne znova.

To ciklično obnašanje je primerljivo kot pri samotarskih prednikov, podobnih osam, in je nadzorovano s prisotnostjo ličinke. Ko se prve ličinkke izlijejo na koncu reproduktivne faze, njihova prisotnost zavira delovanje jajčnikov in sproži vedenje o pramenju. Ko ličinke začnejo nastopi na koncu faze nege plemenjaka, se jajčnik poveča in hrano zaužije nazaj. "To, kar smo naredili, je prekinilo ta cikel, " je pojasnil Libbrecht. Raziskovalci so sintetizirali peptid ILP2 in ga vbrizgali v mravlje. To je povzročilo, da mravlje postavljajo jajca v prisotnosti ličinke.

Libbrecht je uporabil pristop zamenjave za razmnoževanje, da bi raziskal, kaj se zgodi, ko se ličink v fazi razmnoževanja vnese v kolonijo in, nasprotno, ko se odstranijo med fazo nege plemenjaka. "Kar vidimo je, da se izražanje genov v možganih spreminja v obeh fazah, mravlje pa ustrezno spreminjajo njihovo vedenje in fiziologijo. Vendar pa se ta odziv zgodi hitreje, če se z mačkami spoprimemo z mačkami." Insekti nato prenehajo polagati jajca in začeti skrbeti za pleme. "To ima smisel. Nenazadnje je pomembno, da preživetje hitro začne hraniti ličinke", je dodal. Ta eksperiment je tudi pokazal, da se je izražanje ILP2 v možganih hitro in znatno spremenilo v odziv na spremembo v socialnih razmerah.

Od asimetrije v prehrani do asimetrije pri razmnoževanju

Raziskovalci so upoštevali tudi pomembnost prehrane, za katero je znano, da je pomembno, ko gre za razlikovanje med kraljicami in delavci. Velika količina ali dobra kakovost prehranskih beljakovin spodbuja razvoj ženskih ličink v matice. V kolonijah vrste O. biroi je majhen delež mrav so tako imenovani interkasti. Te žuželke so nekoliko večje, imajo oči in so bolj reproduktivne. Zaradi tega jih lahko do neke mere primerjamo z običajnimi kraljicami. Verjetnost, da se ličinka, ki postane interka, poveča, če dobi boljšo prehrano. Fluorescenčna slikanja kažejo, da imajo ti mediji več ILP2 v možganih kot običajni delavci.

"Nekaj ​​primerljivega je morda prišlo v primeru prednikov eusocialnih žuželk, " je predlagal dr. Romain Libbrecht. "Morda je manjša asimetrija glede prehranjevanja ličink povzročila asimetričnost v reproduktivnem vedenju odraslih, ki se razvijajo od teh ličink." Predpostavka, da bi se delitev v matice in delavce lahko začela z eno samo razliko, podpirajo poskusi, ki se izvajajo v skupno sedmih različnih mravljih vrstah.

Nadaljnje raziskave je treba opraviti, da se ugotovi, ali ugotovitve veljajo tudi za druge socialne žuželke in kako ant kolonije kot superorganizmi nadzorujejo celotno oskrbo s prehrano.

menu
menu