Studie mravenců poskytuje informace o vývoji společenského hmyzu

КАК ПОБРИТЬ ЕЖА. К 50-летию "пражской весны". (Smět 2019).

Anonim

Jedním z velkých hádanek evoluční biologie je to, co přimělo některé živé bytosti, aby opustily osamělou existenci ve prospěch života ve společnostech založených na spolupráci, jak je vidět v případě mravenců a jiných společenských hmyzu tvořících kolonie. Hlavní charakteristikou takzvaných eusocialních druhů je rozdělení práce mezi královny, které kladou vejce a pracovníky, které se starají o plod a plní další úkoly. Ale co to určuje, že by královna měla položit vajíčka a že by pracovníci neměli reprodukovat? A jak vzniklo toto rozlišování během evoluce? Evoluční biolog Dr. Romain Libbrecht v posledních letech uvažuje o těchto problémech a ve spolupráci s výzkumnými pracovníky na Rockefellerově univerzitě v New Yorku našel zcela nečekanou odpověď: jediný gen nazvaný inzulín-podobný peptid 2 (ILP2), který je pravděpodobně aktivovaná lepší výživou, stimuluje vaječníky a spouští reprodukci.

"Zdá se být téměř nemyslitelné, že by jediný gen by měl dělat všechnu rozdíl, " zdůraznil Libbrecht. Výzkumníci vyvodili závěr ze srovnání 5 581 genů v sedmi druhů mravenců ve čtyřech podskupinách, které se liší od sebe vzhledem k četným charakteristikám. Ale v jedné věci jsou všichni stejní: vždy existuje větší vyjádření ILP2 v mozku reprodukčního hmyzu. Královci mají tedy vyšší úrovně než pracovníci. Dalším zjištěním je, že tento peptid se nachází pouze v mozku, kde se produkuje v malém shluku pouze 12 až 15 buněk.

Rozdělení reprodukce a péče o chovy jako základ společenských kolonií

Předpokládá se, že původy sociálního chování u hmyzu lze nalézt u předků v podobě vosí, které se střídají mezi fázemi reprodukce a péče o plod. Žena vosí by položila vajíčko a postarala se o larvu, dokud se nezbaví. Nicméně tyto dvě fáze byly odděleny a jejich přidružené povinnosti byly přiděleny různým jednotlivcům, zejména královnám a dělníkům, během evoluce eusociality.

Libbrecht a jeho kolegové v New Yorku zkoumali druhu moru Ooceraea biroi, aby určili molekulární mechanismy, které jsou základem této rozdělení práce. O. biroi je malý druh o délce 2 až 3 milimetry, který pochází z Asie, ale rozšířil se po celém tropickém území. Hmyz žije v podzemních chodbách, napadá hnízda jiných druhů mravenců a živí se jejich plodem. Neobvyklá věc o druhu O. biroi je, že neexistují žádní královny, ale pouze dámské dělníky. Nicméně, každá ženská dělnice se může rozmnožovat prostřednictvím parthenogeneze. To znamená, že samice produkuje stejnou ženu - hmyz ve skutečnosti klon sám. A vždy se řídí určitým cyklem: všichni ženští pracovníci položí vajíčka během 18tidenního období, po kterém stráví 16 dní se shromažďováním potravin a krmením larvami. Cyklus pak začíná znovu.

Toto cyklické chování je srovnatelné s chováním osamělých předků podobného voskům a je řízeno přítomností larv. Když první larvy vyklouznou na konci reprodukční fáze, jejich přítomnost potlačuje ovariální aktivitu a vyvolává chování pohlavní péče. Když larvy na konci fáze péče o plod začnou kojit, aktivita vaječníků se zvyšuje a krmivo se zmenšuje. "To, co jsme udělali, bylo přerušení tohoto cyklu, " vysvětlil Libbrecht. Vědci syntetizovali peptid ILP2 a injikovali ho do mravenců. Toto způsobilo, že mravenci položí vejce v přítomnosti larv.

Libbrecht použil metodu substituce plodů, aby zjistil, co se stane, když jsou larvy zavedeny do kolonie během reprodukční fáze a naopak, když jsou odstraněny během fáze péče o plodiny. "To, co vidíme, je, že se v obou fázích mění genová exprese v mozku a mravenci mění své chování a fyziologii odpovídajícím způsobem. Tato reakce se však stává rychlejším, pokud se postavíme proti mravencům s larvami." Hmyz pak přestane snášet vajíčka a začne pečovat o plod. "To dává smysl, je koneckonců důležité, aby přežití rychle začalo krmení larvy, " dodal. Tento experiment rovněž ukázal, že exprese ILP2 v mozku se rychle a významně změnila v reakci na změnu sociálních podmínek.

Od asymetrie ve výživě po asymetrii v reprodukci

Výzkumní pracovníci také zvažovali význam výživy, o níž je známo, že má význam, pokud jde o rozlišování mezi královnami a pracovníky. Velké množství nebo dobrá kvalita výživných bílkovin podporuje vývoj ženských larv do královen. V koloniích druhu O. biroi, malá část mravenců jsou tzv. Intercastes. Tento hmyz je o něco větší, má oči a je více reproduktivní. Z tohoto důvodu mohou být do jisté míry srovnány s normálními královnami. Pravděpodobnost, že larva se stává intercaste, se zvyšuje, jestliže dostane lepší výživu. Fluorescenční zobrazování ukazuje, že tyto interpatii mají více mozku ILP2 než normální pracovníci.

"V případě předků eusocialního hmyzu se mohlo stát něco srovnatelného, " navrhl doktor Romain Libbrecht. "Možná malá asymetrie, pokud jde o výživu larv, vedla k asymetrii reprodukčního chování dospělých dospělých z těchto larv." Předpoklad, že rozdělení na královny a dělníky mohlo proto začít s jedním rozdílem, je podpořeno pokusy provedenými v celkem sedmi různých druzích mravenců.

Je třeba provést další výzkumy, aby se zjistilo, zda se zjištění vztahují i ​​na další sociální hmyz a jak mravenčí kolonie jako superorganismy kontrolují celkovou zásobu výživy.

menu
menu