Sam Gregory skrev detta inlägg som ett projekt för Dr.Stacy Krueger-Hadfields vetenskapliga Kommunikationskurs vid University of Alabama i Birmingham. Sam fick en BS i biologi och BFA i studiokonst Från Birmingham-Southern College, och bedriver för närvarande en MS i biologi vid UAB. Han fascineras av Alabama: s olika ekosystem, särskilt de för närvarande hotade leddjurssamhällena som tjänar en grundläggande roll i dessa system.
i en ny artikel utvärderade forskare reproduktionssystem inom Cataglyphis, ett släkte av ökenmyror (Kuhn et al., 2020). Två ovanliga system hade observerats inom släktet. För att förstå Cataglyphis reproduktion måste man dock först förstå konventionell myrreproduktion.
de allra flesta myror i en koloni är arbetare. De är kvinnliga, men infertila. Arbetare växer från ägg från koloniens drottning (Wheeler, 2016). Några ägg utvecklas till bevingade alater – antingen drottningar, som är bördiga kvinnor eller män, som är haploida och kläcker från obefruktade ägg (vit, 1984). Varje år flyger alates från kolonin en Massai jakt på kompisar (Wilson, 1957). Hanar dör strax efter parning, och drottningar upprätthåller spermierna i ett specialiserat organ (Wheeler & Krutzch, 1994), så att de kan befrukta ägg under resten av livet, potentiellt årtionden hos vissa arter (Keller, 1998). Varje drottning hittar sedan en säker plats att gömma sig medan hennes arbetare når mognad. I många arter höjer drottningen sin första avkomma till vuxen ålder utan att äta (Keller & Passera, 1989).
detta är mycket mer än en rad roliga fakta.
detta paradigm tillåter icke-reproduktiva individer att axla risker medan drottningar förblir säkra. Denna strategi är en viktig faktor bakom den evolutionära framgången hos Formicidae, myrfamiljen, som utgör en anmärkningsvärd del av jordens landdjursbiomassa (Wilson, 1985). Detta gör myror till en intressant klad för att undersöka utvecklingen av reproduktionssystem. Ovanlig reproduktion skapar unikt urvalstryck, vilket leder till underklasser för att anta ännu främling reproduktiva lägen (Heinze & Tsuji, 1995).
Kuhn et al. (2020) var intresserade av två ovanliga reproduktionssystem som ses i släktet Cataglyphis. I vissa arter producerar drottningar arbetare sexuellt, men producerar nya drottningar genom att befrukta sina egna ägg. Detta kallas Villkorlig användning av kön. Deras kolonier görs robusta av variation bland arbetare, medan reproduktiva avkommor endast får drottningens DNA (Pearcy et al., 2004).
en annan grupp inom Cataglyphis reproducerar med ett medel som kallas klonal social hybridogenes. Dessa myror använder också kön villkorligt, men en ”art” (även om vi är väl förbi den punkt där artbegreppen bryts ner) består av två genetiska linjer. Drottningarna parar sig selektivt med män av motsatt släkt för att producera arbetare. Dessa arbetare är olika och robusta, utan nackdelen med fertilitet som ofta kommer med hybridisering, eftersom arbetare ändå är sterila (Burke & Arnold, 2001; Umphrey, 2006).
för att utvärdera den evolutionära historien om dessa reproduktiva lägen grävde forskarna upp cataglyphiskolonier över hela Europa och Mellanöstern. Genom genotypning av reproducerande drottningar, omaterade drottningar och arbetare fastställde de varje arts reproduktiva strategi. Manlig haploidi gav en stor fördel, eftersom genotypen av koloniens långdöda far kan härledas från arbetarna och drottningen. De undersökte sedan om en art bestod av flera genetiska kluster, och i så fall om klustren selektivt interbred (Kuhn et al., 2020).
forskarna fann många fall av både villkorligt kön och klonal social hybridogenes. Intressant var det exakt en instans av parning inom linjen i en” art ” som normalt genomgår hybridogenes (Cataglyphiscretica) (Figur 1). Denna koloni var onormalt liten, vilket potentiellt återspeglade den intuitiva fördelen med parning mellan linjer (även om ett enda fall är långt ifrån definitivt bevis) (Kuhn et al., 2019).
i den föreslagna fylogenin (Figur 2) uppstod varje reproduktivt läge flera gånger, och Villkorlig användning av kön verkar vara en förutsättning för klonal social hybridogenes (Kuhn et al., 2020).
denna studie har kasta ytterligare ljus på det bredare ämnet av urvalstryck relaterade till reproduktionssätt. Vissa frågor förblir obesvarade, fastän. Forskarna noterar att varje par hybridogenetiska linjer verkar ha divergerat nyligen, trots den mycket mindre senaste utvecklingen av villkorligt kön (Kuhn et al., 2020).
detta kan indikera att sådana system uppstår vanligtvis, men är ohållbara, eftersom stigande homozygositet förstör drottningens livskraft. Alternativt kan dessa linjer inte vara helt isolerade, med viss låg nivå av genflöde (Kuhn et al., 2020). I båda fallen skulle ytterligare forskning om dessa system göra mycket för att främja förståelsen för reproduktiv utveckling.
Burke, J. M., & Arnold, M. L. (2001). Genetik och Hybridernas kondition. Årlig granskning av genetik, 35, 31-52.
Heinze, J., & Tsuji, K. (1995). Ant reproduktiva strategier. Forskning om Populationsekologi, Vol. 37, s. 135-149.
Keller, L. (1998). Drottning livslängd och koloniegenskaper i myror och termiter. Insectes Sociaux, 45 (3), 235-246.
Keller, Laurent, & Passera, L. (1989). Gynes storlek och fettinnehåll i förhållande till Koloni grundande i myror (Hymenoptera; Formicidae). Oecologia, 80 (2), 236-240.
Kuhn, A., Darras, H., Paknia, O., & Aron, S. (2020). Upprepad utveckling av drottning parthenogenes och social hybridogenes i Cataglyphis ökenmyror. Molekylär Ekologi, 29: 549-564.
Pearcy, M., Aron, S., Doums, C., & Keller, L. (2004). Villkorlig användning av kön och parthenogenes för arbetare och drottningproduktion i myror. Vetenskap, 306 (5702), 1780-1783.
Umphrey, G. J. (2006). Spermparasitism hos myror: urval för interspecifik parning och hybridisering. Ekologi, 87 (9), 2148-2159.
Wheeler, de (2016). Utvecklingsbasen för Arbetarkaste polymorfism hos myror. Den Amerikanska Naturalisten, 138 (5), 1218-1238.
Wheeler, D. E., & Krutzsch, P. H. (1994). Ultrastruktur av spermatheca och dess tillhörande körtel i myran Crematogaster opuntiae (Hymenoptera, Formicidae). Zoomorfologi, 114 (4), 203-212.
vit, M. J. D. (1984). Kromosomala mekanismer vid reproduktion av djur. Bolletino Di Zoologia, 51(1-2), 1-23.
Wilson, E. O. (1957). Organisationen av en Bröllops flygning av myran Pheidole Sttarches Wheeler. Psyke (New York), 64(2), 46-50.
Wilson, Edward O. (1985). Sociogenesen av Insektskolonier. Vetenskap, 228 (4707), 1489-1495.