Sam Gregory napsal tento příspěvek jako projekt pro Dr. Stacy Krueger-Hadfield Vědecké Komunikace kurz na University of Alabama v Birminghamu. Sam získal BS v biologii a BFA ve studiu umění z Birmingham-Southern College, a v současné době sleduje MS v biologii na UAB. Fascinují ho rozmanité ekosystémy Alabamy, zejména v současné době ohrožené Společenství členovců, které v těchto systémech hrají základní roli.
V nedávném článku vědci hodnotili reprodukční systémy v rámci Kataglyphis, rodu pouštních mravenců (Kuhn et al., 2020). V rámci rodu byly pozorovány dva neobvyklé systémy. Abychom porozuměli reprodukci Kataglyfů, musíme nejprve pochopit konvenční reprodukci mravenců.
drtivá většina mravenců v kolonii jsou dělníci. Jsou to ženy, ale neplodné. Pracovníci rostou z vajec královny kolonie (Wheeler, 2016). Několik vajíčka vyvinou do okřídlený alates – buď královny, které jsou plodné ženy, nebo muži, které jsou haploidní a líhnou z neoplozených vajíček (White, 1984). Každý rok létají alates z kolonie en massein search of mates (Wilson, 1957). Samci umírají krátce po páření, a královny udržení spermií ve specializovaném orgánu (Kolář & Krutzch, 1994), což jim umožní oplodnit vajíčka po zbytek jejich života, případně desetiletí, u některých druhů (Keller, 1998). Každá královna pak najde bezpečné místo, kde se skrývá, zatímco její pracovníci dosáhnou zralosti. U mnoha druhů královna vychovává svého prvního potomka do dospělosti bez jídla (Keller & Passera, 1989).
je To mnohem více, než řetězec zábavných faktů.
toto paradigma umožňuje nereprodukčním jedincům nést rizika, zatímco královny zůstávají v bezpečí. Tato strategie je hlavním faktorem evolučního úspěchu Formicidae, rodiny mravenců, které tvoří pozoruhodnou část biomasy pozemských zvířat (Wilson, 1985). Díky tomu jsou mravenci zajímavým klad pro zkoumání vývoje reprodukčních systémů. Neobvyklé rozmnožování vytváří jedinečný výběr tlaky, což vede subclades přijmout i cizí reprodukční režimy (Heinze & Tsuji, 1995).
Kuhn et al. (2020) se zajímali o dva neobvyklé reprodukční systémy pozorované u rodu Cataglyphis. U některých druhů královny produkují pracovníky sexuálně, ale produkují nové královny hnojením vlastních vajec. Toto se nazývá podmíněné použití pohlaví. Jejich kolonie jsou robustní variací mezi pracovníky, zatímco reprodukční potomci dostávají pouze královninu DNA (Pearcy et al., 2004).
Další skupiny v rámci Cataglyphis reprodukuje prostředek nazývá klonální sociální hybridogenesis. Tito mravenci také použít sex podmíněně, ale „druh“ (i když jsme daleko za bodem, kdy druhy, pojmy rozebrat) se skládá ze dvou genetických linií. Královny se selektivně páří s muži opačné linie, aby produkovaly pracovníky. Tito pracovníci jsou různorodé a robustní, bez nevýhodou plodnosti, který často přichází s hybridizace, protože pracovníci jsou sterilní (Burke & Arnold, 2001; Umphrey, 2006).
aby zhodnotili evoluční historii těchto reprodukčních režimů, vědci vykopali kolonie Kataglyfů po celé Evropě a na Středním východě. Genotypizací reprodukujících se královen, nespojených královen a pracovníků zjistili reprodukční strategii každého druhu. Mužská haploidie poskytla obrovskou výhodu, protože genotyp dávno mrtvého otce kolonie lze odvodit od genotypu dělníků a královny. Poté zkoumali, zda druh sestával z více genetických shluků ,a pokud ano, zda se shluky selektivně prolínají (Kuhn et al., 2020).
vědci našli četné případy podmíněného pohlaví i klonální sociální hybridogeneze. Zajímavé je, že byl přesně jeden případ Páření uvnitř linie u „druhu“, který normálně prochází hybridogenezí (Cataglyphiscretica) (Obrázek 1). Tato kolonie byla abnormálně malá, což potenciálně odráží intuitivní výhodu páření mezi řádky (i když jediný případ není zdaleka definitivní důkaz) (Kuhn et al., 2019).
V navrhované fylogeneze (Obrázek 2), každý reprodukční režim vznikl vícekrát, a podmíněné použití pohlaví se zdá být předpokladem pro klonální sociální hybridogenesis (Kuhn et al., 2020).
tato studie vrhla další světlo na širší téma výběrových tlaků týkajících se způsobů reprodukce. Některé otázky však zůstávají nezodpovězeny. Vědci poznamenávají, že každý pár hybridogenetických linií se zdá, že se v poslední době rozcházel, navzdory mnohem méně nedávnému vývoji podmíněného pohlaví (Kuhn et al ., 2020).
To by mohlo naznačovat, že takové systémy vznikají běžně, ale jsou neudržitelné, protože rostoucí homozygotnost ničí životaschopnost královny. Alternativně nemusí být tyto linie zcela izolovány, přičemž dochází k určité nízké úrovni toku genů (Kuhn et al., 2020). V obou případech by další výzkum těchto systémů udělal hodně pro lepší pochopení reprodukční evoluce.
Burke, J. M., & Arnold, M. L. (2001). Genetika a vhodnost hybridů. Roční přehled genetiky, 35, 31-52.
Heinze, J., & Tsuji, k. (1995). Mravenčí reprodukční strategie. Výzkumy populační ekologie, sv. 37, s. 135-149.
Keller, L. (1998). Životnost královny a charakteristika kolonie u mravenců a termitů. Insectes Sociaux, 45 (3), 235-246.
Keller, Laurent, & Passera, L. (1989). Velikost a obsah tuku gynekologů ve vztahu ke způsobu zakládání kolonií u mravenců (Hymenoptera; Formicidae). Oecologia, 80 (2), 236-240.
Kuhn, a., Darras, h., Paknia, o., & Aron, s. (2020). Opakovaná evoluce královny parthenogeneze a sociální hybridogeneze u Kataglyphis pouštních mravenců. Molekulární Ekologie, 29: 549-564.
Pearcy, m., Aron, s., Doums, C., & Keller, L. (2004). Podmíněné použití pohlaví a parthenogeneze pro produkci dělníků a královen u mravenců. Věda, 306 (5702), 1780-1783.
Umphrey, G. J. (2006). Parazitismus spermií u mravenců: výběr pro mezidruhové páření a hybridizaci. Ekologie, 87 (9), 2148-2159.
Wheeler, D. E. (2016). Vývojový základ polymorfismu kasty pracovníků u mravenců. Americký Přírodovědec, 138 (5), 1218-1238.
Wheeler, D. E., & Krutzsch, P.H. (1994). Ultrastruktura spermatheca a její přidružené žlázy v ant Crematogaster opuntiae (Hymenoptera, Formicidae). Zoomorfologie, 114 (4), 203-212.
White, M. J. D. (1984). Chromozomální mechanismy v reprodukci zvířat. Bolletino Di Zoologia, 51 (1-2), 1-23.
Wilson, e.o. (1957). Organizace svatebního letu mravence Pheidole Sttarches Wheeler. Psyche (New York), 64 (2), 46-50.
Wilson, Edward O. (1985). Sociogeneze kolonií hmyzu. Věda, 228 (4707), 1489-1495.