Sam Gregory napisał ten post jako projekt dla komunikacji naukowej Dr Stacy Krueger-Hadfield studiował na University of Alabama w Birmingham. Sam zdobył BS w biologii i BFA w studio art w Birmingham-Southern College, a obecnie studiuje MS w biologii na UAB. Jest zafascynowany różnorodnymi ekosystemami Alabamy, szczególnie zagrożonymi obecnie zbiorowiskami stawonogów, które pełnią fundamentalną rolę w tych systemach.
w ostatnim artykule naukowcy ocenili systemy rozrodcze w obrębie Cataglyphis, rodzaju mrówek pustynnych (Kuhn et al., 2020). W obrębie rodzaju zaobserwowano dwa nietypowe systemy. Aby jednak zrozumieć reprodukcję Cataglyphis, należy najpierw zrozumieć konwencjonalną reprodukcję mrówek.
zdecydowana większość mrówek w Kolonii to robotnice. Są żeńskie, ale bezpłodne. Robotnice wyrastają z jaj królowej Kolonii (Wheeler, 2016). Kilka jaj rozwija się w skrzydlate alaty-albo królowe, które są płodnymi samicami, albo samce, które są haploidalne i wylęgają się z niezapłodnionych jaj (White, 1984). Co roku alates latają z Kolonii en massein search of mates (Wilson, 1957). Samce umierają wkrótce po kryciu, a królowe utrzymują plemniki w wyspecjalizowanym narządzie (Wheeler & Krutzch, 1994), umożliwiając im zapłodnienie jaj do końca życia, potencjalnie przez dziesięciolecia u niektórych gatunków (Keller, 1998). Każda królowa znajduje bezpieczne miejsce do ukrycia, podczas gdy jej pracownicy osiągają dojrzałość. U wielu gatunków królowa wychowuje swoje pierwsze potomstwo do dorosłości bez jedzenia (Keller & Passera, 1989).
to znacznie więcej niż ciąg zabawnych faktów.
ten paradygmat pozwala osobnikom nie rozrodczym na ryzyko, podczas gdy królowe pozostają bezpieczne. Strategia ta jest głównym czynnikiem sukcesu ewolucyjnego Formicidae, rodziny mrówek, które stanowią znaczną część biomasy zwierząt lądowych Ziemi (Wilson, 1985). To czyni mrówki interesującym kladem do badania ewolucji systemów rozrodczych. Nietypowa reprodukcja tworzy unikalne naciski selekcyjne, co prowadzi do przyjęcia jeszcze dziwniejszych trybów reprodukcyjnych (Heinze & Tsuji, 1995).
Kuhn et al. (2020) byli zainteresowani dwoma niezwykłymi systemami reprodukcyjnymi widzianymi w rodzaju Cataglyphis. U niektórych gatunków królowe produkują robotnice płciowo, ale produkują nowe królowe poprzez zapłodnienie własnych jaj. Nazywa się to warunkowym użyciem seksu. Ich kolonie są odporne na zmienność wśród pracowników, podczas gdy potomstwo reprodukcyjne otrzymuje tylko DNA królowej(Pearcy et al., 2004).
inna grupa w obrębie Cataglyphis rozmnaża się w sposób określany jako klonalna hybrydogeneza społeczna. Te mrówki również używają płci warunkowo, ale „gatunek” (choć jesteśmy już daleko za punktem, w którym pojęcia gatunków się rozpadają) składa się z dwóch linii genetycznych. Królowe selektywnie łączą się z samcami o przeciwnej linii, aby produkować robotników. Pracownicy ci są zróżnicowani i solidni, bez wad płodności, które często wiążą się z hybrydyzacją, ponieważ pracownicy i tak są sterylni (Burke & Arnold, 2001; Umphrey, 2006).
aby ocenić ewolucyjną historię tych trybów rozrodczych, naukowcy odkopali kolonie Cataglyphis w całej Europie i na Bliskim Wschodzie. Poprzez genotypowanie rozmnażających się królowych, niepłodnych królowych i pracowników, ustalili strategię reprodukcyjną każdego gatunku. Haploidy samców zapewniały ogromną przewagę, ponieważ genotyp dawno zmarłego ojca Kolonii można wywnioskować z genotypu robotnic i królowej. Następnie zbadano, czy gatunek składał się z wielu klastrów genetycznych, a jeśli tak, to czy klastry selektywnie interbred (Kuhn et al., 2020).
naukowcy odkryli liczne przypadki zarówno seksu warunkowego, jak i klonalnej hybrydogenezy społecznej. Co ciekawe, był dokładnie jeden przypadek kojarzenia wewnątrz linii u „gatunku”, który normalnie podlega hybrydogenezie (Cataglyphiscretica) (ryc. 1). Kolonia ta była wyjątkowo mała, potencjalnie odzwierciedlając intuicyjną zaletę krycia między liniami (choć pojedynczy przypadek jest daleki od ostatecznych dowodów) (Kuhn et al., 2019).
w proponowanej filogenezie (rycina 2) każdy tryb reprodukcyjny powstawał wielokrotnie, a warunkowe użycie płci wydaje się być warunkiem wstępnym klonalnej hybrydogenezy społecznej (Kuhn et al., 2020).
badanie to rzuciło dalsze światło na szerszy temat presji selekcji związanej z trybami reprodukcji. Niektóre pytania pozostają jednak bez odpowiedzi. Naukowcy zauważają, że każda para linii hybrydogenetycznych wydaje się odbiegać ostatnio, pomimo znacznie mniej niedawnej ewolucji płci warunkowej (Kuhn et al., 2020).
może to wskazywać, że takie systemy powstają powszechnie, ale są niezrównoważone, ponieważ rosnąca homozygotyzm niszczy żywotność królowej. Alternatywnie, te linie mogą nie być całkowicie wyizolowane, z pewnym niskim poziomem przepływu genów występujących (Kuhn et al., 2020). W obu przypadkach dalsze badania nad tymi systemami zrobiłyby wiele, aby przyspieszyć zrozumienie ewolucji reprodukcyjnej.
Burke, J. M.,& Genetyka i kondycja hybryd. Annual Review of Genetics, 35, 31-52.
Heinze, J., & Strategie reprodukcyjne mrówek. Badania nad ekologią populacyjną, T. 37, s. 135-149.
Długość życia królowej i charakterystyka Kolonii u mrówek i termitów. Insectes Sociaux, 45 (3), 235-246.
Keller, Laurent,& Passera, L. (1989). Wielkość i zawartość tłuszczu u mrówek w stosunku do sposobu zakładania Kolonii u mrówek (Hymenoptera; Formicidae). Ekologia, 80(2), 236-240.
Kuhn, A., Darras, H., Paknia, O.,& Aron, S. (2020). Powtarzająca się ewolucja partenogenezy królowej i hybrydogenezy społecznej u mrówek pustynnych Cataglyphis. Molecular Ecology, 29: 549-564.
Pearcy, M., Aron, S., Doums, C., & Warunkowe wykorzystanie płci i partenogenezy do produkcji robotnic i królowej u mrówek. Nauka, 306 (5702), 1780-1783.
Pasożytnictwo plemników u mrówek: selekcja do krycia międzygatunkowego i hybrydyzacji. Ekologia, 87 (9), 2148-2159.
Podstawy rozwojowe polimorfizmu Kast robotniczych u mrówek. The American Naturalist, 138 (5), 1218-1238.
Krutzsch, D. E.,& Krutzsch, P. H. (1994). Ultrastruktura spermatheca i związanego z nią gruczołu u mrówczaków opuntiae (Hymenoptera, Formicidae). Zoomorfologia, 114(4), 203-212.
White, M. J. D. (1984). Mechanizmy chromosomalne w reprodukcji zwierząt. Bolletino Di Zoologia, 51(1-2), 1-23.
Wilson, E. O. (1957). Organizacja lotu Ant Pheidole Sttarches Wheeler. Psyche (Nowy Jork), 64(2), 46-50.
Wilson, Edward O. (1985). Socjogeneza kolonii owadów. Nauka, 228 (4707), 1489-1495.