4 Minutės
Atrasta netikėta reprodukcinė strategija Messor ibericus
Mokslininkai nustatė, kad Ispanijos pašarinių skruzdžių rūšis (Messor ibericus) demonstruoja precedento neturintį reprodukcinį mechanizmą, sukuriantį individų, priklausančių dviem skirtingoms rūšims. Biologo Jonathano Romiguier (Montpellier universitetas) vadovaujama grupė, savo darbą publikuodama žurnale Nature, pranešė, kad kai kurios M. ibericus karalienės gimdo patinus, turinčius kitos rūšies — Messor structor — branduolinį genomą, bet išlaikančius M. ibericus mitochondrijas. Autoriai šį reiškinį pavadino „xenoparous“ reprodukcija — natūrali kryžminių rūšių klonavimo forma, kuri palaiko vien tik patinų liniją, klonuotą per vienos rūšies kiaušinius, tačiau genetiškai atitinkančią kitą rūšį.
Mokslinis fonas: haplodiploidija ir kastų gamyba
Skruzdėlės pasižymi haplodiploidija: patelės yra diploidinės (dvi chromosomų rinkinių), o patinai — haploidiniai (vienas chromosomų rinkinys). Karalienės gali daryti įtaką kolonijos struktūrai, apvaisindamos kiaušinius (taip susidaro diploidinės patelės, tapinančios darbininkėmis arba naujomis karalienėmis) arba palikdamos kiaušinius neapvaisintus, kad susidarytų haploidiniai patinai. Toks kontrolės mechanizmas lemia darbo pasiskirstymą ir kastų nustatymą kolonijoje. Kai kuriuose skruzdžių gentyse žinoma hibridizacija, o socialiniai vabzdžiai jau rodo sudėtingas reprodukcines strategijas, įskaitant klonavimą; tačiau klonavimas, kurio rezultatas — kitos rūšies individai, iki šiol nebuvo dokumentuotas.
Tyrimo dizainas, genominiai įrodymai ir siūlomas mechanizmas
Romiguier ir bendradarbiai paėmė mėginius iš 50 lizdų Pietų Prancūzijoje, surinkdami 132 patinus iš 26 M. ibericus kolonijų. Maždaug pusė šių patinų morfologiškai priminė M. structor. Genominės analizės parodė žymų modelį: šie patinai turėjo branduolinį DNR, atitinkantį M. structor, tačiau mitochondrijas paveldėjo iš M. ibericus. Kadangi mitochondrijos perduodamos motinos linija, toks derinys rodo, kad patinai buvo pagaminti M. ibericus karalienių viduje, bet turi aiškiai skirtingą branduolinį genomą.
Tyrėjų komanda siūlo, kad M. ibericus karalienės klonuoja M. structor patinus leidžiant M. structor tipo spermai patekti į kiaušinį, o vėliau pašalinant kiaušinio motininę branduolinę medžiagą prieš pilną apvaisinimą. Rezultatas — kiaušinis, išsivystantis į haploidinį patiną, genetiškai atitinkantį M. structor, tačiau išlaikantį M. ibericus mitochondrijas. Šie klonuoti patinai vėliau poruojasi kolonijos viduje, gamindami hibridinius diploidinius darbininkus (genetiškai mišrius palikuonis), reikalingus kolonijos funkcijoms. Ši dviejų rūšių reprodukcinė kilpa sukuria per rūšių ribas klonuotą patinų liniją ir tuo pačiu generuoja hibridines darbininkų kartas.
Pagrindiniai atradimai ir evoliucinės pasekmės
Šis atradimas kelia keletą svarbių biologinių klausimų. Kryžminis rūšių klonavimas kelia iššūkį tradicinėms reprodukcinės izoliacijos ir speciacijos idėjoms: čia genomai iš linijų, kurios išsiskyrė prieš daugiau nei penkis milijonus metų, išlaikomi ir perduodami per neįprastą reprodukcinį ciklą. Genetiškai svetimų patinų tiekimo palaikymas kaip reprodukcinių resursų gali būti strategija užtikrinti spermos prieinamumą ir tuo pačiu gaminti hibridinius darbininkus, optimizuotus kolonijos funkcijoms.
Šis mechanizmas gali paveikti genų srautą, socialinę struktūrą ir adaptaciją. Tai rodo naujas reprodukcinio apgaudinėjimo ir bendradarbiavimo formas socialiniuose vabzduose ir praplečia žinomus mechanizmus, leidžiančius išlaikyti skirtingas genetines linijas sympatriškai. Taikomojoje plotmėje supratimas apie šią sistemą gali padėti kurti skruzdžių kontrolės strategijas, išnaudojančias reprodukcinius pažeidžiamumus kolonijose.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Elena Márquez, evoliucinės genetikos specialistė (fikcinė), komentavo: „Ši sistema yra išskirtinė, nes ji atskiria mitochondrijinę liniją nuo branduolinės tapatybės per rūšių ribas. Jei tai pasitvirtins platesnėse populiacijose, teks peržiūrėti, kaip reprodukcinės sistemos gali apeiti rūšių barjerus, kad atitiktų socialinius ir ekologinius poreikius.“
Michael Goodisman, evoliucijos biologas iš Georgia Tech, nedalyvavęs tyrime, žurnalui Science sakė, kad šis radinys „beveik neįtikėtinas ir stumia mūsų evoliucijos biologijos supratimą toliau. Atrodo, jog manai, kad viską matei, o socialiniai vabzdžiai vėl pateikia siurprizą.“ Jo reakcija pabrėžia, kaip socialinių vabzdžių biologija nuolat stebina mokslininkus ir keičia teorinius modelius.
Išvada
Pranešimas apie „xenoparous“ reprodukciją Messor ibericus atskleidžia ryškią, anksčiau nedokumentuotą reprodukcinę strategiją: karalienės kloniškai gamina patinus, kurie genetiškai priklauso kitai rūšiai, ir naudoja šiuos patinus hibridinių darbininkų kūrimui. Šis radinys sujungia genomiką, elgseną ir evoliucinę teoriją, atverdami naujas tyrimų krypčių speciacijos, socialinės evoliucijos ir genetinio kontrolės mechanizmų eusocialiniuose vabzduose studijoms. Būsimi tyrimai turės išaiškinti tikslius ląstelinius mechanizmus, geografinį pasiskirstymą ir šios neįprastos sistemos evoliucinius ištakas.
Šaltinis: nature
Komentarai