× Закрывать
Портрет головы королевы Формики Цинерии. Фото: Джулия Скарбарроу/UCR
Колония муравьев поддерживается сложной социальной динамикой, где каждый член — королева, самцы и рабочие (стерильные самки) — вносят свой вклад в более широкое сообщество. Некоторые виды усложняют эту динамику, добавляя довольно маленьких маток.
Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде выяснили, почему существуют эти дополнительные королевы, сосредоточив внимание на сложных генетических структурах, называемых супергенами, в популяции. Эти супергены контролируют возникновение и размножение молодых маток у одного вида муравьев. Результаты исследования опубликованы в декабрьском номере журнала. Текущая биология.
«Мы были заинтригованы маленькими королевами», — сказала ведущий исследователь Джессика Перселл, доцент кафедры энтомологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Это замечательная система (муравьиные колонии с несколькими королевами) для изучения эволюции супергенов, которые встречаются у многих видов организмов».
Супергены различаются по размеру, но состоят из группы генов, связанных с одной и той же хромосомой. Суперген подавляет рекомбинацию — обычное перемешивание генов во время деления клеток — а также передает и поддерживает структуру супергена из поколения в поколение. Эти крупные гены связаны с признаками или фенотипами, выраженными у многих организмов, включая модели миграции рыб и птиц, а также количество маток в колонии муравьев.
Хотя это не характерно для всех муравьиных колоний, Перселл и ее коллеги сосредоточили внимание на маленьких королевах одного вида муравьев, Formica cinerea, который распространен по всей Европе, простираясь от Испании до Западной Сибири и от Скандинавии до Балкан. Эти муравьи полезны и с радостью проводят дни, поедая пауков, клещей и даже сладкие фекалии тли.
Исследовательская группа выявила два супергена, которые увеличивают количество маток в колонии и контролируют ее размер.
Королева — самый важный и крупный муравей в колонии. У королевы есть крылья, и она может далеко летать, но ее основная роль — откладывать яйца, чтобы вырастали поколения рабочих, самцов и ее потомков. Рабочие живут около шести месяцев и проводят все это время в поисках еды и уходе за выводком. У самцов продолжительность жизни короче. Они редко покидают колонию и спариваются с будущей королевой только один раз.
Молодые королевы получают свою силу от супергена, который сформировался около 23 миллионов лет назад и определяет, будет ли в колониях одна матка или несколько маток. Исследователи нашли еще один суперген, отвечающий за размер муравьев. Вместе два супергена производят дополнительных королев, которые на 20% меньше, чем типичная королева муравьев.
× Закрывать
Первый автор Джулия Скарбарроу отбирает образцы муравьев Formica в Южной Дакоте, США, лето 2023 года. Источник: Джессика Перселл / UCR.
Это спаривание может оказать существенное влияние на колонию.
«Муравьи являются социальными насекомыми и создают огромные колонии, члены которых связаны друг с другом, и колонии хорошо работают вместе, воспитывая своих родственников», — сказала Джулия Скарпаро, постдокторант энтомологии и первый автор исследования. «В полигинной (с несколькими матками) семье отношения между соседями по гнезду ниже. Присутствие многих неродственных соседей по гнезду может привести к репродуктивным конфликтам среди рабочих».
Исследователи предполагают, что конфликты, возникающие из-за этих объединенных супергенов, могут помочь колонии расшириться и выжить.
Для создания независимой колонии королеве необходимо перелететь в новое место и использовать резервы своего тела, обнаруженные в мышцах крыльев и жировых отложениях, для выращивания своего первого выводка рабочих. Эта стратегия рискованна и может привести к гибели королевы и колонии.
Молодым королевам не хватает запасов энергии, необходимых для создания новой колонии, но они могут присоединиться к уже существующим колониям. Это поднимает новые вопросы, которые следует рассмотреть относительно продолжающегося сотрудничества между группами, не связанными генетически.
«Открытие супергенов, связанных с мини-королевами, — первое открытие такого рода», — сказал Скарбарроу. «Мы думаем, что этот тип королевы может быть социальным паразитизмом – социальными насекомыми, которые используют других социальных насекомых. Микрогены могут стать хорошей отправной точкой для понимания эволюции социального паразитизма, и у нас может быть суперген, который управляет этим образом жизни».
В этом проекте к Перселлу и Скарбарроу присоединяются Алан Брэйлсфорд, доцент кафедры биологии, и Мари Баланшон, аспирантка лаборатории Перселла.
Статья называется «Социальный антагонизм способствует расширению супергенов у муравьев».
Дополнительная информация:
Джулия Скарпаро и др., Социальная враждебность способствует расширению супергенов у муравьев, Текущая биология (2023). дои: 10.1016/j.cub.2023.10.049
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Ученые раскрыли секреты потери морских звезд и возобновления роста конечностей
Комплексное мероприятие сообщества людей с деменцией в Ратуте, посвященное Всемирному месяцу борьбы с болезнью Альцгеймера.
Новое исследование массивного надвига предполагает, что следующее большое землетрясение может быть неизбежным