Morkų tyrimas pateikia informaciją apie socialinių vabzdžių evoliuciją

Anonim

Vienas iš didžiųjų evoliucinės biologijos galvosūkių yra tai, kas paskatino tam tikras gyvas būtybes atsisakyti vienatvės egzistavimo palankių gyvenimui bendradarbiaujančiose visuomenėse, kaip matyti iš skruzdžių ir kitų socialinių, kolonijų formuojančių vabzdžių. Pagrindinė vadinamųjų eusocialinių rūšių ypatybė yra darbo pasidalijimas tarp karalienių, užsiimančių kiaušiniais, ir darbuotojus, kurie rūpinasi kūdikiais ir atlieka kitas užduotis. Bet kas tai lemia, kad karalienė turėtų atiduoti kiaušinius ir kad darbuotojai neturėtų dauginti? Ir kaip šis atsiskyrimas atsirado evoliucijos eigoje? Pastaraisiais metais besivystančių biologų Dr. Romainas Libbrechtas nagrinėjo šias problemas ir bendradarbiaudamas su Niujorko Rokfelerio universiteto mokslo darbuotojais rastas visiškai netikėtas atsakymas: vienas genas, vadinamas insulino tipo peptidu 2 (ILP2), kuris greičiausiai aktyvuojamas geresne mityba, stimuliuoja kiaušidės ir sukelia dauginimąsi.

"Tai gali atrodyti beveik neįsivaizduojama, kad tik vienas genas turėtų padaryti viską, " Libbrecht pažymėjo. Mokslininkai padarė išvadą, palygindami 5 551 genus iš septynių antžemių rūšių keturiose skirtingose ​​pogrupiuose, kurios skiriasi viena nuo kitos atsižvelgiant į daugybę savybių. Tačiau vieni jie visi yra panašūs: visada yra didesnė ILP2 išraiška reprodukcinių vabzdžių smegenyse. Taigi karalienės aukštesnis lygis nei darbuotojams. Tolesnė išvada rodo, kad šis peptidas randamas tik smegenyse, kur jis gaminamas mažoje klasėje, kurioje yra tik 12-15 ląstelių.

Padalijimas reprodukcijos ir kūdikiams kaip socialinių kolonijų formavimo pagrindas

Nustatyta, kad socialinio elgesio vabzdžiams kilmė yra vietinių ispinių protėvių, kurie kinta tarp reprodukcijos ir kūdikio priežiūros etapų. Moteriška opa uždėtų kiaušinėlį ir rūpintųsi lerva, kol ji nebebūtų. Tačiau šie du etapai buvo atskirti ir su jais susiję įsipareigojimai buvo skirti skirtingiems individams, būtent karalienėms ir darbuotojams, evoliucijos metu.

Libbrechtas ir jo kolegos Niujorke ištyrė medžių rūšį Ooceraea biurą, kad nustatytų molekulinius mechanizmus, kurie yra šio darbo pasidalijimo pagrindas. O. biuras yra maža 2-3 milimetrų ilgio rūšis, kurios kilmė iš Azijos, bet išplito visoje tropikoje. Vabzdžiai gyvena požeminiuose kanaluose, puola kitų rūšių ant grybų lizdus ir maitina jų veisles. Neįprastas dalykas, susijęs su O. biroi rūšimi, yra tas, kad nėra karalienių, tik moterys. Tačiau kiekvienas moteriškas darbuotojas gali daugintis per parthenogenezę. Tai reiškia, kad moterys gamina dar vieną identišką moterį - faktiškai klonuojasi vabzdžiai. Ir jie visada seka konkretų ciklą: visos moterys 18 paras laiko kiaušinius, po to 16 dienų valgo maistą ir maitina lervas. Tada ciklas prasideda dar kartą.

Šis cikliškas elgesys yra panašus į vienuolynus lapus panašius į protėvius ir yra kontroliuojamas lervų buvimu. Kai pirmosios lervos lyja reprodukcinės fazės pabaigoje, jų buvimas slopina kiaušidžių aktyvumą ir sukelia kūdikių priežiūros elgesį. Kai lervos pradeda mąstyti prakaito priežiūros laikotarpio pabaigoje, kiaušidžių aktyvumas padidinamas ir mitybos mastas mažėja. "Ką mes padarėme, pertraukėme šį ciklą", - paaiškino Libbrechtas. Mokslininkai sintezavo peptidą ILP2 ir injekavo į skruzdes. Tai sukėlė skruzdėlių kiaušinėlių laikymą lervoms.

"Libbrecht" naudojo pakartojimo metodą, kad ištirtų, kas atsitinka, kai lervos patenka į koloniją reprodukcinės fazės metu ir, atvirkščiai, kai jos pašalinamos kūdikių priežiūros fazėje. "Mes matome, kad smegenų ekspresija smegenyse keičiasi tiek fazėse, tiek skruzdėlės atitinkamai pakeičia jų elgesį ir fiziologiją. Tačiau šis reagavimas vyksta greičiau, jei mes susiduriame su kiaušinėlių minkštimu su lervomis." Po to vabzdžiai nustoja klijuoti kiaušinius ir pradeda rūpintis kūdikiais. "Tai turi prasmę. Galų gale svarbu išlikti, kad greitai pradėtumėte pašarų lervas", - pridūrė jis. Šis eksperimentas taip pat parodė, kad ILP2 ekspresija smegenyse greitai ir labai pasikeitė, reaguojant į socialinių sąlygų pokyčius.

Nuo asimetrijos mityboje iki reprodukcijos asimetrijos

Mokslininkai taip pat įvertino mitybos svarbą, kuri, žinoma, yra svarbi, kai kalbama apie karalienių ir darbuotojų diferenciaciją. Didelis kiekis ar geros kokybės maistinių baltymų skatina moterų lervų vystymąsi į karves. O. biroi rūšies kolonijose nedidelė skruzdžių dalis yra vadinamosios intertracijos. Šie vabzdžiai yra šiek tiek didesni, turi akis ir yra reprodukcinės. Dėl šios priežasties juos galima palyginti su įprastomis karalienėmis. Tikimybė, kad lerva tampa tarpu, padidėja, jei ji gauna geresnį mitybą. Fluorescencijos vaizdavimas parodo, kad šie tarpusavio ryšiai turi daugiau ILP2 savo smegenyse nei įprasti darbuotojai.

"Ezoscialinių vabzdžių protėvių atveju gali įvykti kažkas panašaus, " dr. Romainas Libbrechtas pasiūlė. "Galbūt nepilnamečių asimetrija, susijusi su lervų mityba, lėmė antimetriškumą suaugusiesiems, augantiems iš šių lervų, reprodukcinio elgesio". Todėl prielaida, kad dalijimasis į karalienes ir darbuotojus galėjo prasidėti vienu skirtumu, yra pagrįstas eksperimentais, atliktais iš septynių skirtingų rūšių.

Būtina atlikti tolesnius tyrimus, siekiant nustatyti, ar išvados taip pat yra taikytinos ir kitiems socialiniams vabzdžiams, ir kaip ančių kolonijos kaip superorganizmai kontroliuoja bendrą mitybos pasiūlą.

menu
menu