Muurahaisten tutkimus antaa tietoa sosiaalisten hyönteisten kehityksestä

Anonim

Yksi evoluutiobiologian suurista palapeleistä on se, mikä johti siihen, että tietyt elävät olennot luopuivat yksinäisestä olemassaolosta yhteiskunnan yhteiskunnan elämisen hyväksi, kuten muurahaisten ja muiden sosiaalisten, siirtomaa muodostavien hyönteisten tapauksessa. Niin sanotun euforiaalisen lajin tärkein ominaisuus on työnjako sellaisten kuningattarien välillä, jotka tuottavat munia ja työntekijöitä, jotka huolehtivat broodista ja suorittavat muita tehtäviä. Mutta mikä on se, että kuningatar antaa munia ja että työntekijät eivät saa lisääntyä? Ja miten tämä ero syntyi evoluution aikana? Evoluutiobiologi Dr. Romain Libbrecht on pohtinut näitä ongelmia viime vuosina ja yhteistyössä New Yorkin Rockefeller-yliopiston tutkijoiden kanssa on löytänyt täysin odottamattoman vastauksen: yksi ainoa insuliinin kaltainen peptidi 2 (ILP2), joka on luultavasti aktivoi parempi ravitsemus, stimuloi munasarjoja ja käynnistää lisääntymisen.

"Saattaa tuntua lähes mahdottomalta, että vain yhden ainoan geenin pitäisi tehdä kaikki ero", Libbrecht huomautti. Tutkijat antoivat päätelmänsä vertaamalla 5 581 geenin seitsemää muurahainen laji neljään eri alaryhmään, jotka eroavat toisistaan ​​lukuisten ominaisuuksien osalta. Mutta yhdessä asiassa ne kaikki ovat samankaltaisia: ILP2: n ilmentyminen on lisääntynyt lisääntymishyönteisten aivoissa. Queensillä on siten korkeammat tasot kuin työntekijöillä. Lisäselvitys osoittaa, että tämä peptidi havaitaan vain aivoissa, jossa sitä tuotetaan pienessä klusterissa, joka on vain 12-15 solua.

Reproduktio ja brood hoito ovat sosiaalisen siirtokuntien muodostumisen perustana

Oletetaan, että hyönteisten yhteiskunnallisen käyttäytymisen alkulähteet löytyvät ispan kaltaisista esi-eteistä, jotka vuorottelevat lisääntymis- ja hoito-vaiheiden välillä. Naarasperä laittaa munan ja huolehtii larva, kunnes se pupated. Nämä kaksi vaihetta kuitenkin erotettiin ja niihin liittyvät tehtävät osoitettiin eri yksilöille, nimittäin kuningattarille ja työntekijöille, euforiaalisuuden kehityksen aikana.

Libbrecht ja hänen työtoverinsa New Yorkissa tutkivat laumalajia Ooceraea biroi määrittääkseen tämän työnjakoon perustuvat molekyylimekanismit. O. biroi on pieni, 2-3 mm: n pituinen lauma, joka on peräisin Aasiasta, mutta on levinnyt koko tropiikissa. Hyönteiset elävät maanalaisissa läpikulkureissa, hyökkäävät muiden muurahlajojen pesiin ja ruokkivat heidän linnunsa. O. biroi -lajin epätavallinen asia on se, että ei ole kuningattaria, vain naispuolisia työntekijöitä. Kuitenkin jokainen naispuolinen työntekijä voi toistaa partenogenesiä. Tämä tarkoittaa sitä, että naaras tuottaa toisen samanlaisen naisen - hyönteiset itse kloonevat itsensä. Ja he aina noudattavat tiettyä sykliä: kaikki naispuoliset työntekijät munivat munia 18 päivän aikana, minkä jälkeen he viettävät 16 päivää ruokaa ja ruokitaan toukkia. Sykli alkaa taas kerran.

Tämä syklinen käyttäytyminen on verrattavissa yksinäisten ampiaisten esivanhempien käyttäytymiseen ja sitä kontrolloi toukkien esiintyminen. Kun ensimmäinen toukkia luetaan lisääntymisvaiheen lopussa, niiden läsnäolo heikentää munasarjojen toimintaa ja laukaisee hoitotyön käyttäytymisen. Kun toukat alkavat pupatuksen hoidon loppuvaiheen lopussa, munasarjojen aktiivisuus on skaalautunut ja ruokkiminen skaalattu takaisin. "Se, mitä teimme, oli katkaista tämä sykli", selitti Libbrecht. Tutkijat syntetisoivat peptidin ILP2 ja injektoivat sen muurahaisiksi. Tämä aiheutti muurahaisten munia munien läsnäollessa.

Libbrecht käytti metsänkorvausmenetelmää tutkimaan, mitä tapahtuu, kun toukat viedään pesäkkeeseen lisääntymisvaiheen aikana ja päinvastoin, kun ne poistetaan broodin hoitovaiheen aikana. "Näemme, että geenien ilmentyminen aivoissa muuttuu molemmissa vaiheissa ja muurahaiset muuttavat käyttäytymistään ja fysiologiansa vastaavasti. Tämä vastaus tapahtuu kuitenkin nopeammin, jos kohtaamme munasolun muurahaisia ​​toukkia." Hyönteiset lopettavat munien levittämisen ja alkavat huolehtia broodista. "Tämä on järkevää. On loppujen lopuksi tärkeää eloonjäämistä varten, jotta voimme nopeasti ruokkia toukkia", hän lisäsi. Tämä kokeilu paljasti myös, että ILP2: n ekspressio aivoissa muuttui nopeasti ja merkittävästi yhteiskunnallisten muutosten vasteena.

Ravinteiden epäsymmetristä epäsymmetriseen lisääntymiseen

Tutkijat pitivät myös ravitsemuksen merkityksen, joka tiedetään olevan tärkeä kunnian ja työntekijöiden erottelussa. Suuri määrä tai hyvänlaatuinen ravitsemuksellinen proteiini suosittelee naaraspuolisten toukkien kehittymistä kuningattareksi. O. biroi -lajin pesäkkeissä pieni osa muurahaisista on ns. Intercastes. Nämä hyönteiset ovat hieman isompia, silmät ovat ja lisääntymiskykyiset. Tämän vuoksi niitä voidaan verrata jonkin verran tavanomaisten kuningattarien kanssa. Todennäköisyys, että larva muuttuu intercasteiksi, kasvaa, jos se saa parempaa ravintoa. Fluoresenssikuvantaminen osoittaa, että näillä intercastteillä on enemmän ILP2 aivoissaan kuin tavalliset työntekijät.

"Jotain vertailukelpoista on voinut tapahtua eu-hyönteisten esi-isien tapauksessa", tohtori Romain Libbrecht ehdotti. "Ehkä vähäinen epäsymmetria toukkien ravitsemukselle johtaa asymmetriikkaan näistä toukoista kehittyvien aikuisten lisääntymiskäyttäytymisessä." Olettaen, että jakautuminen kuningattaret ja työntekijät saattavat siis olla alkanut yhdellä ainoalla erolla, tuetaan kokeilla, jotka suoritetaan yhteensä seitsemässä eri laumalajituksessa.

Jatkotutkimuksia on tehtävä sen selvittämiseksi, ovatko havainnot myös muihin yhteiskunnallisiin hyönteisiin ja miten antikolvet superorganismeina ohjaavat ravinnon kokonaistarjontaa.

menu
menu