Studija mrava pruža informacije o evoluciji društvenih insekata

Kada su Mauri Mavri vladali Evropom (Srpanj 2019).

Anonim

Jedna od velikih zagonetki evolucijske biologije je ono što je potaknulo određena bića da napuste samotno postojanje u korist življenja u zajedničkim društvima, što se vidi u slučaju mrava i drugih društvenih insekata koji stvaraju kolonije. Glavna karakteristika tzv. Eu-uslužnih vrsta je podjela rada između kraljica koje leže jaja i radnika koji se brinu o ptičici i obavljaju druge poslove. Ali što to određuje da bi kraljica trebala položiti jaja i da se radnici ne bi trebali reproducirati? A kako je ta razlika došla tijekom evolucije? Evolucionistički biolog Romain Libbrecht razmatra ove probleme tijekom proteklih godina, au suradnji s istraživačima na Sveučilištu Rockefeller u New Yorku pronašao je potpuno neočekivan odgovor: jedan gen nazivan inzulin sličan peptid 2 (ILP2), koji je vjerojatno aktiviranom boljom prehranom, stimulira jajnike i aktivira reprodukciju.

"Čini se da je gotovo nezamislivo da samo jedan gen mora učiniti sve razliku", istaknuo je Libbrecht. Istraživači su izvukli zaključak iz usporedbe od 5.581 gena u sedam vrsta mrava u četiri različite podskupine koje se međusobno razlikuju s obzirom na brojne karakteristike. Ali u jednoj su stvari svi slični: uvijek postoji veći izraz ILP2 u mozgu reproduktivnih insekata. Queens ima više razine od radnika. Daljnji nalaz pokazuje da se taj peptid nalazi samo u mozgu, gdje se proizvodi u malom skupu od samo 12 do 15 stanica.

Odjel za reprodukciju i brigu o djeci kao temelj društvene formacije kolonije

Pretpostavlja se da se porijeklo društvenog ponašanja kod insekata može nalaziti u pretpovjedačima sličnim gavranima koji su se izmjenjivali između reprodukcijskih i faza skrbi. Ženka bi imala jaje i brinula se za larve sve dok se ne zamahne. Međutim, ove su dvije faze bile odvojene i njihove pridružene dužnosti dodijeljene različitim pojedincima, odnosno kraljicama i radnicima, tijekom evolucije eusocijalnosti.

Libbrecht i njegovi kolege u New Yorku istražili su mravinjake vrste Ooceraea biroi kako bi odredili molekularne mehanizme koji su temelj tog podjele rada. O. biroi je malena vrsta duljine od 2 do 3 milimetra koja potječe iz Azije, ali se proširila u tropima. Insekti žive u podzemnim prolazima, napadaju gnijezda ostalih vrsta mrava i hrane se njihovim plijenom. Neobična stvar o O. biroi vrstama je da nema kraljica, samo ženski radnici. Međutim, svaka radnica može reproducirati kroz partenogenezu. To znači da žena proizvodi drugu identičnu ženku - insekti zapravo kloniraju. I uvijek slijede određeni ciklus: sve ženske radnice leže jaja tijekom 18 dana, nakon čega provode 16 dana skupljajući hranu i hranivši ličinke. Ciklus tada ponovno započinje.

Ovo cikličko ponašanje je usporedivo s onim od samohodnih predaka nalik na gnijezda i kontrolira se prisutnost ličinki. Kada se prve larve izbuše na kraju reproduktivne faze, njihova prisutnost smanjuje aktivnost jajnika i aktivira ponašanje brige za piliće. Kada ličinke počnu puštati na kraju faze skrbništva pilića, aktivnost jajnika se povećava, a krčma se smanjuje. "Ono što smo učinili bilo je prekidanje tog ciklusa", objasnio je Libbrecht. Istraživači su sintetizirali peptid ILP2 i ubrizgali ga u mrave. To je uzrokovalo da mravi stave jaja u prisutnosti ličinki.

Libbrecht je koristio koristan zamjenski pristup kako bi istražio što se događa kada se larve unesu u koloniju tijekom reproduktivne faze i, obrnuto, kada su uklonjene tijekom faze brige brata. "Ono što vidimo je da se ekspresija gena u mozgu mijenja u obje faze, a mravi u skladu s tim mijenjaju ponašanje i fiziologiju. Međutim, taj odgovor se dešava brže ako se suočimo s ličincima." Insekti zatim zaustavljaju polaganje jaja i počinju brinuti o ptičici. "Ovo ima smisla, nakon svega je važno za preživljavanje da brzo počnu hraniti ličinke", dodao je. Ovaj eksperiment je također pokazao da se ekspresija ILP2 u mozgu brzo i značajno promijenila kao odgovor na promjenu društvenih stanja.

Od asimetrije u prehrani do asimetrije u reprodukciji

Istraživači su također razmotrili važnost prehrane, za koju se zna da je od važnosti kada je u pitanju diferencijacija kraljica i radnika. Velika količina ili dobra kvaliteta prehrambenih proteina pogoduju razvoj ženskih ličinki u kraljice. U kolonijama vrste O. biroi mali je dio mrava tzv. Intercastes. Ovi insekti su malo veći, imaju oči i više su reproduktivni. Zbog toga se mogu usporediti s određenim stupnjem normalnih kraljica. Vjerojatnost da larva postane interkuti se povećava ako dobije bolju hranu. Fluorescentna slika pokazuje da ovi intercastovi imaju više ILP2 u mozgu od normalnih radnika.

"Nešto što se može usporediti može se dogoditi u slučaju pretke eusocijalnih insekata", predložio je dr. Romain Libbrecht. "Možda je manja asimetrija u odnosu na ishranu ličinki dovela do asimetrije u reproduktivnom ponašanju odraslih koji su se razvili od tih ličinki". Pretpostavka da je podjela na kraljice i radnike stoga mogla započeti s jedinom razlikom podupiru pokusi provedeni u ukupno sedam različitih mrav vrsta.

Daljnja istraživanja treba poduzeti kako bi se utvrdilo da li se nalazi također primjenjuju na druge društvene insekte i kako mrav kolonije kao superorganizmi kontroliraju cjelokupnu opskrbu prehranom.

menu
menu