Sam Gregory a scris acest post ca un proiect pentru Dr.Stacy Krueger-Hadfield cursul de comunicare științifică la Universitatea din Alabama din Birmingham. Sam a obținut un BS în biologie și BFA în studio art de la Birmingham-Southern College și urmează în prezent un MS în biologie la UAB. El este fascinat de diversele ecosisteme din Alabama, în special de comunitățile de artropode amenințate în prezent, care joacă un rol fundamental în aceste sisteme.
într-un articol recent, cercetătorii au evaluat sistemele de reproducere din cadrul Cataglyphis, un gen de furnici deșertice (Kuhn și colab., 2020). Două sisteme neobișnuite au fost observate în cadrul genului. Pentru a înțelege reproducerea Cataglyphis, totuși, trebuie să înțelegem mai întâi reproducerea convențională a furnicilor.marea majoritate a furnicilor dintr-o colonie sunt muncitori. Sunt femei, dar infertile. Muncitorii cresc din ouăle reginei coloniei (Wheeler, 2016). Câteva ouă se dezvoltă în alate înaripate – fie regine, care sunt femele fertile, fie masculi, care sunt haploizi și eclozează din ouă nefertilizate (Alb, 1984). În fiecare an, alatele zboară din colonie în masăîn căutarea colegilor (Wilson, 1957). Masculii mor la scurt timp după împerechere, iar reginele mențin sperma într-un organ specializat (Wheeler & Krutzch, 1994), permițându-le să fertilizeze ouăle pentru tot restul vieții, potențial decenii la unele specii (Keller, 1998). Fiecare regină găsește apoi un loc sigur pentru a se ascunde în timp ce muncitorii ei ajung la maturitate. La multe specii, regina își ridică primii descendenți la maturitate fără să mănânce (Keller & Passera, 1989).
aceasta este mult mai mult decât un șir de fapte amuzante.
această paradigmă permite persoanelor non-reproductive să-și asume riscuri, în timp ce reginele rămân în siguranță. Această strategie este un factor major în spatele succesului evolutiv al Formicidae, familia de furnici, care cuprind o porțiune remarcabilă din biomasa animalelor terestre ale Pământului (Wilson, 1985). Acest lucru face ca furnicile să fie o cladă interesantă pentru examinarea evoluției sistemelor de reproducere. Reproducerea neobișnuită creează presiuni unice de selecție, determinând subcladele să adopte moduri de reproducere și mai ciudate (Heinze & Tsuji, 1995).
Kuhn și colab. (2020) au fost interesați de două sisteme de reproducere neobișnuite văzute în genul Cataglyphis. La unele specii, reginele produc muncitori sexual, dar produc regine noi prin fertilizarea propriilor ouă. Aceasta se numește utilizarea condiționată a sexului. Coloniile lor sunt robuste prin variația dintre muncitori, în timp ce descendenții reproducători primesc doar ADN-ul reginei (Pearcy și colab., 2004).
Un alt grup din Cataglyphis se reproduce printr-un mijloc numit hibridogeneză socială clonală. Aceste furnici folosesc, de asemenea, sexul condiționat, dar o „specie” (deși am depășit cu mult punctul în care conceptele speciilor se descompun) constă din două linii genetice. Reginele se împerechează selectiv cu bărbați din descendența opusă pentru a produce muncitori. Acești lucrători sunt diversi și robusti, fără dezavantajul fertilității care vine adesea cu hibridizarea, deoarece lucrătorii sunt oricum sterili (Burke & Arnold, 2001; Umphrey, 2006).pentru a evalua istoria evolutivă a acestor moduri de reproducere, cercetătorii au dezgropat colonii de Cataglyphis din Europa și Orientul Mijlociu. Prin genotiparea reginelor de reproducere, a reginelor nematice și a lucrătorilor, au constatat strategia de reproducere a fiecărei specii. Haploidia masculină a oferit un avantaj imens, deoarece genotipul tatălui mort al coloniei poate fi dedus din cele ale muncitorilor și reginei. Apoi au investigat dacă o specie a constat din mai multe clustere genetice și, dacă da, dacă clusterele s-au încrucișat selectiv (Kuhn și colab., 2020).
cercetătorii au găsit numeroase cazuri atât de sex condiționat, cât și de hibridogeneză socială clonală. Interesant este că a existat exact un caz de împerechere intra-descendență într-o” specie ” care suferă în mod normal hibridogeneză (Cataglyphiscretica) (Figura 1). Această colonie era anormal de mică, reflectând potențial avantajul intuitiv al împerecherii între linii (deși un singur caz este departe de dovezi definitive) (Kuhn și colab., 2019).
în filogenia propusă (Figura 2), fiecare mod de reproducere a apărut de mai multe ori, iar utilizarea condiționată a sexului pare a fi o condiție prealabilă pentru hibridogeneza socială clonală (Kuhn și colab., 2020).
Acest studiu a aruncat o lumină suplimentară asupra subiectului mai larg al presiunilor de selecție legate de modurile de reproducere. Unele întrebări rămân însă fără răspuns. Cercetătorii observă că fiecare pereche de linii hibridogenetice pare să fi divergent recent, în ciuda evoluției mult mai puțin recente a sexului condiționat (Kuhn și colab., 2020).
Acest lucru ar putea indica faptul că astfel de sisteme apar frecvent, dar sunt nesustenabile, deoarece creșterea homozigozității distruge viabilitatea reginei. Alternativ, aceste linii pot să nu fie complet izolate, cu un nivel scăzut al fluxului genetic (Kuhn și colab., 2020). În ambele cazuri, cercetările ulterioare asupra acestor sisteme ar face mult pentru a avansa înțelegerea evoluției reproductive.
Burke, J. M.,& Arnold, M. L. (2001). Genetica și Aptitudinea hibrizilor. Revizuirea anuală a geneticii, 35, 31-52.
Heinze, J., & Tsuji, K. (1995). Strategii de reproducere a furnicilor. Cercetări privind ecologia populației, Vol. 37, PP. 135-149.
Keller, L. (1998). Durata de viață a reginei și caracteristicile coloniei la furnici și termite. Insectes Sociaux, 45(3), 235-246.
Keller, Laurent, & Passera, L. (1989). Dimensiunea și conținutul de grăsime al gynes în raport cu modul de înființare a coloniilor la furnici (Hymenoptera; Formicidae). Oecologia, 80(2), 236-240.
Kuhn, A., Darras, H., Paknia, O., & Aron, S. (2020). Evoluția repetată a partenogenezei reginei și a hibridogenezei sociale în furnicile deșertului Cataglyphis. Ecologie Moleculară, 29: 549-564.
Pearcy, M., Aron, S., Doums, C., & Keller, L. (2004). Utilizarea condiționată a sexului și a partenogenezei pentru producția de muncitori și regine la furnici. Știință, 306 (5702), 1780-1783.
Umphrey, G. J. (2006). Parazitismul spermei la furnici: selecție pentru împerecherea și hibridizarea interspecifică. Ecologie, 87 (9), 2148-2159.
Wheeler, D. E. (2016). Baza de dezvoltare a polimorfismului castei muncitoare la furnici. Naturalistul American, 138 (5), 1218-1238.
Wheeler, D. E., & Krutzsch, P. H. (1994). Ultrastructura spermatheca și glanda asociată acesteia în furnica Crematogaster opuntiae (Hymenoptera, Formicidae). Zoomorfologie, 114 (4), 203-212. Alb, M. J. D. (1984). Mecanisme cromozomiale în reproducerea animalelor. Bolletino Di Zoologia, 51 (1-2), 1-23. Wilson, E. O. (1957). Organizarea unui zbor nupțial al furnicii Pheidole Sttarches Wheeler. Psyche( New York), 64(2), 46-50. Wilson, Edward O. (1985). Sociogeneza coloniilor de insecte. Știință, 228 (4707), 1489-1495.