4 Minuten
Nenumatyta reprodukcinė strategija atrasta Messor ibericus
Mokslininkai nustatė, kad Iberijos „harvester“ skruzdėlė Messor ibericus naudoja anksčiau neapibūdintą reprodukcinę sistemą, kuri duoda individų, priklausančių dviem skirtingoms rūšims. Biologo Jonathano Romiguier (Montpellier universiteto) vadovaujama grupė ir žurnale Nature paskelbtas tyrimas rodo, kad kai kurios M. ibericus karalienės generuoja patinus, kurių branduolio genomai atitinka kitą rūšį, Messor structor, tuo tarpu mitochondrijos yra M. ibericus. Autoriai šį reiškinį apibūdina kaip 'xenoparous' reprodukciją — natūralią tarprūšinio klonavimo formą, kuomet patinų linija klonuojama per vienos rūšies kiaušinius, bet genetiškai atitinka kitą rūšį.
Mokslinis fonas: haplodiploidija ir kastų gamyba kolonijoje
Skruzdėlės pasižymi haplodiploidija: patelės yra diploidės (dvi chromosomų poros), o patinai — haploidai (viena chromosomų pora). Karalienės gali kontroliuoti kolonijos struktūrą apvaisindamos kiaušinius (gaunamos diploidinės patelės, vėliau tampančios darbininkėmis arba kitomis karalienėmis) arba palikdamos kiaušinius neapvaisintus, kad susiformuotų haploidiniai patinai. Ši kontrolė lemia darbo pasidalijimą ir kastų nustatymą kolonijoje. Hibridizacija tarp skruzdėlių rūšių kai kuriuose genuose yra žinoma, o socialiniai vabzdžiai jau demonstruoja sudėtingas reprodukcines sistemas, įskaitant klonavimą; tačiau klonavimas, sukuriantis kitai rūšiai priklausančius individus, iki šiol nebuvo dokumentuotas.
Tyrimo dizainas, genominių duomenų įrodymai ir siūlomas mechanizmas
Romiguier ir bendradarbiai ėmė mėginius iš 50 lizdų pietų Prancūzijoje ir surinko 132 patinus iš 26 M. ibericus kolonijų. Apie pusė surinktų patinų morfologiškai priminė M. structor. Genominė analizė atskleidė įspūdingą modelį: šie patinai turėjo branduolio DNR, sutampančią su M. structor, bet mitochondrijas, paveldėtas iš M. ibericus. Kadangi mitochondrijos yra paveldimos motiniška kryptimi, toks derinys rodo, jog patinai susiformavo M. ibericus karalienių viduje, tačiau turi aiškiai skirtingą branduolio genomą.
Tyrėjų komanda siūlo, kad M. ibericus karalienės klonuoja M. structor tipo patinus leisdamos M. structor tipo spermatozoidams patekti į kiaušinį, o vėliau pašalindamos motininę kiaušinio branduolio medžiagą prieš pilną apvaisinimą. Rezultatas — kiaušinis, kuris vystosi kaip haploidinis patinas, genetiškai atitinkantis M. structor, tačiau išlaikantis M. ibericus mitochondrijas. Tokie klonuoti patinai tuomet poruojasi kolonijoje ir duoda hibridines diploidines darbininkes (genetiškai mišrias palikuonis), reikalingas kolonijos veiklai. Ši dviejų rūšių reprodukcinė grandinė kuria per rūšis klonuojamą patinų liniją ir tuo pačiu generuoja hibridines darbininkes.
Pagrindiniai atradimai ir evoliucinės pasekmės
Šis atradimas kelia kelis svarbius biologinius klausimus. Tarprūšinis klonavimas kvestionuoja tradicinius reprodukcinės izoliacijos ir rūšių formavimosi požiūrius: čia genomiškai skirtingos linijos, kurios išsiskyrė prieš daugiau nei penkis milijonus metų, palaikomos ir perduodamos per neįprastą reprodukcinį ciklą. Nuolatinis genetiškai svetimų patinų tiekimas kaip reprodukcinis išteklius gali būti strategija užtikrinti spermą ir tuo pačiu gaminti hibridines darbininkes, optimizuotas kolonijos vaidmenims.
Šis mechanizmas gali paveikti genų srautus, socialinę struktūrą ir adaptaciją. Jis rodo naujas reprodukcinio sukčiavimo ir bendradarbiavimo formas socialiniuose vabzdžiuose ir praplečia žinomus mechanizmus, leidžiančius skirtingoms genetinėms linijoms palaikyti simpatriškai. Taip pat iš praktinės perspektyvos supratimas apie tokią sistemą gali padėti rengiant kenkėjų valdymo strategijas, kurios išnaudoja reprodukcines spragas skruzdžių kolonijose.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Elena Márquez, evoliucinė genetikė (fiktyvi), komentuoja: "Ši sistema yra išskirtinė, nes ji atskiria mitochondrijinę liniją nuo branduolio tapatybės per rūšių ribas. Jei tai bus patvirtinta platesnėse populiacijose, tai privers mus iš naujo įvertinti, kaip reprodukcinės sistemos gali apeiti rūšių barjerus, kad atitiktų socialinius ir ekologinius poreikius."
Michael Goodisman, evoliucijos biologas iš Georgia Tech, kuris tyrime nedalyvavo, Science žurnalui sakė, kad šis atradimas "atrodo beveik neįtikėtinas ir išplečia mūsų suvokimą apie evoliucinę biologiją. Kai jau manai, kad viską matei, socialiniai vabzdžiai vėl pateikia netikėtumą." Jo reakcija pabrėžia, kaip socialinių vabzdžių biologija nuolat stebina tyrėjus ir perbraižo teorinius modelius.
Išvados
Pranešimas apie 'xenoparous' reprodukciją Messor ibericus atskleidžia ryškiai naują, anksčiau neregėtą reprodukcinę strategiją: karalienės kloniškai gamina patinus, kurie genetiškai priklauso kitai rūšiai, o vėliau naudoja tuos patinus hibridinių darbininkių kūrimui. Šis radinys sujungia genominę analizę, elgsenos tyrimus ir evoliucinę teoriją, atverdama naujas tyrimų kryptis apie rūšiavimą, socialinę evoliuciją ir genetinio kontrolės mechanizmus eusocialiniuose vabzdžiuose. Tolimesni tyrimai turės išaiškinti tikslius ląstelinius mechanizmus, geografinį paplitimą ir šios neįprastos sistemos evoliucines ištakas.
Quelle: nature
Kommentare