מחקר של נמלים מספק מידע על האבולוציה של חרקים חברתיים

(Hebrew) THRIVE: What on Earth Will It Take? (יוני 2019).

Anonim

אחת החידות הגדולות של הביולוגיה האבולוציונית היא שהניעה יצורים חיים מסוימים לנטוש את הקיום הבודד לטובת החיים בחברות שיתופיות, כפי שניתן לראות במקרה של נמלים וחרקים אחרים המרכיבים חרקים. מאפיין עיקרי של מה שמכונה מינים אאוזוציאליים הוא חלוקת העבודה בין מלכות המטילות ביצים ועובדים המטפלים בביצה ומבצעים משימות אחרות. אבל מה זה קובע כי המלכה צריכה להטיל ביצים וכי העובדים לא צריכים להתרבות? וכיצד באה ההבחנה הזאת במהלך האבולוציה? הביולוגית האבולוציונית ד"ר רומן ליברכט שוקלת את הבעיות הללו בשנים האחרונות, ובשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת רוקפלר בניו יורק, מצאה תשובה בלתי צפויה לחלוטין: גן אחד שנקרא אינסולין דמוי פפטיד 2 (ILP2) המופעל על ידי תזונה טובה יותר, מגרה את השחלות ומפעיל רבייה.

"זה כמעט בלתי מתקבל על הדעת כי רק גן אחד אחד צריך לעשות את כל ההבדל", ציין ליברכט. החוקרים הסיקו את המסקנה מהשוואה של 5, 581 גנים בשבעה מינים של נמלים בארבע תת-סוגים שונים, השונים זה מזה ביחס למאפיינים רבים. אבל דבר אחד הם כולם דומים: תמיד יש ביטוי גדול יותר של ILP2 במוח של חרקים הרבייה. קווינס ולכן יש רמות גבוהות יותר מאשר עובדים. ממצא נוסף מציין כי פפטיד זה נמצא רק במוח, שם הוא מיוצר באשכול קטן של רק 12 עד 15 תאים.

החטיבה של רבייה וטיפול בהרהוד כבסיס להיווצרות המושבה החברתית

מניחים כי מקורותיה של ההתנהגות החברתית בחרקים נמצאים אצל אבות אבות, שהשתנו בין שלבי הרבייה לבין שלבי הטיפול. צרעה נקבה היה להטיל ביצה ולדאוג הזחל עד שזה מגולם. עם זאת, שני שלבים אלה הופרדו ואת המשימות הקשורות שלהם שהוקצה לאנשים שונים, כלומר מלכות ועובדים, במהלך ההתפתחות של eusociality.

Libbrecht ועמיתיו בניו יורק חקרו את מינים הנמל Ooceraea biroi כדי לקבוע את המנגנונים המולקולריים ביסוד חלוקה זו של העבודה. O. biroi הוא מין קטן של 2 עד 3 מילימטרים באורך שמקורם באסיה אבל התפשט ברחבי הטרופיים. החרקים חיים במעברים תת-קרקעיים, תוקפים את הקנים של זני נמלים אחרים, ומזינים על גידולם. הדבר יוצא דופן על מינים bi.i biroi היא כי אין מלכות, רק נשים עובדות. עם זאת, כל עובד נקבה יכול להתרבות באמצעות parthenogenesis. משמעות הדבר היא כי נקבה מייצרת עוד נקבה זהה - חרקים למעשה לשכפל את עצמם. והם תמיד עוקבים אחר מחזור מסוים: כל הנשים העובדות מטילות ביצים בתקופה של 18 יום, ולאחר מכן הן מבלות 16 ימים באיסוף מזון ובהאכלה של הזחלים. מחזור מתחיל שוב.

התנהגות מחזורית זו דומה לזו של הצרעה הבודדת כמו אבות, והיא נשלטת על ידי נוכחות של זחלים. כאשר הזחלים הראשונים בוקעים בסוף השלב הפריון, נוכחותם מדכאת פעילות השחלות ומפעילה התנהגות הטיפול בהרהורים. כאשר הזחלים מתחילים את הגולם בסוף שלב הטיפול, פעילות השחלות מדורגת ומספרת את גודלה. "מה שעשינו היה לשבור את המחזור הזה", הסביר ליברכט. החוקרים סינתזו את הפפטיד ILP2 והזריקו אותו לנמלים. זה גרם הנמלים להטיל ביצים בנוכחות הזחלים.

Libbrecht השתמשו בגישה תחליפית של חקר כדי לחקור מה קורה כאשר הזחלים הוכנסו לתוך המושבה במהלך השלב הרבייה, לעומת זאת, כאשר הם מוסרים במהלך שלב הטיפול בהרהורים. "מה שאנו רואים הוא שהביטוי הגנטי במוח משתנה בשני השלבים והנמלים משנות את התנהגותם ופיזיולוגיה בהתאם, אך תגובה זו מתרחשת בקצב מהיר יותר אם אנו מתמודדים עם נמלים עם זחלים". החרקים מפסיקים להטיל ביצים ולהתחיל לדאוג לטיפול. "זה הגיוני, אחרי הכל, חשוב להישרדות להתחיל במהירות להאכיל את הזחלים", הוסיף. ניסוי זה גילה גם כי הביטוי של ILP2 במוח השתנה במהירות ובאופן משמעותי בתגובה לשינוי בתנאים החברתיים.

מאסימטריה בתזונה לאסימטריה ברבייה

החוקרים שקלו גם את הרלוונטיות של התזונה, אשר ידועה כחשובה כשמדובר בהבחנה בין מלכות לעובדים. כמות גדולה או איכות טובה של חלבון תזונתי מעדיף את הפיתוח של הזחלים הנשיים לתוך מלכות. במושבות של המין O. biroi, חלק קטן של הנמלים הם מה שנקרא intercastes. חרקים אלה מעט גדולים יותר, יש להם עיניים, והם יותר הרבייה. בגלל זה, הם יכולים להיות בהשוואה במידה מסוימת עם מלכות נורמלי. ההסתברות של זחל להיות intercaste מגדילה אם הוא מקבל תזונה טובה יותר. הדמיה פלואורסצנטי מראה כי אלה intercastes יש יותר ILP2 במוחם מאשר עובדים רגילים.

"משהו דומה עשוי להתרחש במקרה של אבותיהם של חרקים אווזיים, "הציע ד"ר רומן ליברכט. "אולי א-סימטריה קלה ביחס לתזונה של זחלים הובילה לא-סימטריה בהתנהגות הרבייה של מבוגרים המתפתחים מזחלים אלו". ההנחה כי החלוקה למלכות ולעובדים היתה עשויה להתחיל בהפרש אחד, נתמכת על ידי ניסויים שנערכו בסך הכל שבעה מיני נמלים שונים.

מחקר נוסף יבוצע כדי לקבוע אם הממצאים חלים גם על חרקים חברתיים אחרים ועל האופן שבו מושבות נמלים כמו סופר-אורגניזמים שולטות באספקת המזון הכללית.

menu
menu