Aseksuele voortplanting leidt meestal tot een gebrek aan genetische diversiteit. Niet voor deze mieren.

16 juli 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

• feiten gecontroleerd
• peer-reviewed publicatie
• vertrouwde bron
• nagekeken

door Rockefeller University

Genetische diversiteit is essentieel voor het overleven van een soort. Het is makkelijk genoeg om te behouden als een soort zich seksueel voortplant; een ei en een zaadcel combineren genetisch materiaal van twee wezens tot één, resulterend in een genetisch robuust nageslacht met twee verschillende versies van het genoom van de soort.

Zonder die combinatie van verschillende genetische samenstellingen lijden aseksueel voortplantende soorten typisch aan een gebrek aan diversiteit dat hen kan veroordelen tot een beperkte tijd op aarde. Een dier dat hierbij hoort is de klone mierensoort, die dochter na genetisch identieke dochter produceert rechtstreeks vanuit een onbevrucht eitje door middel van parthenogenese, een methode van aseksuele voortplanting waarbij het nageslacht twee sets van genetisch identieke chromosomen erft​​ van zijn moeder.

Na verloop van tijd zou de willekeurige overerving van deze chromosomen op eindeloze herhaling moeten leiden tot een catastrofale verlies van genetische distinctiviteit en uiteindelijke instorting van de soort. En toch lijkt deze blinde, koninginloze insect - een inheemse soort van Bangladesh die nu in tropische omgevingen over de hele wereld wordt gevonden - het prima te doen. Hoe is dat mogelijk?

Zoals onderzoekers van Rockefeller University onlangs ontdekten, gokt de klone miersoort niet als het aankomt op het doorgeven van zijn genen. In plaats daarvan zorgt het ervoor dat het nageslacht twee verschillende versies van zijn hele genoom erft, waardoor de genetische diversiteit die aanwezig is in de oorspronkelijke stichter van elke klone lijn grotendeels behouden blijft.

In theorie zou dit niet moeten werken: Chromosomen worden verondersteld willekeurig te schudden tijdens meiose, het type celdeling dat wordt gebruikt om sperma- en eicellen te produceren tijdens de voortplanting bij alle dieren, planten en schimmels. Toch lijkt het bij dit dier allesbehalve willekeurig te zijn, zoals ze rapporteerden in Nature Ecology & Evolution.

'We denken dat we hebben ontdekt hoe klone mieren het verlies van genetische diversiteit voorkomen dat anders routinematig voortkomt uit parthenogenese,' zegt eerste auteur Kip Lacy, een promovendus aan het Laboratorium voor Sociale Evolutie en Gedrag, onder leiding van Daniel Kronauer. 'Misschien maakt deze diversiteit de overleving van de soort mogelijk.'

Parthenogenetische soorten zijn zeldzaam maar worden gevonden bij een verscheidenheid aan levensvormen, waaronder reptielen, amfibieën, nematoden, vissen en vogels. Hun kans op langdurig bestaan is klein. 'Puura seksuele soorten sterven meestal behoorlijk snel uit,' zegt Lacy.

'Klonale voortplanting is eigenlijk een eenrichtingsweg naar achteruitgang,' voegt Kronauer toe. 'Elke keer dat er een licht schadelijke mutatie is, kun je die niet uit het genoom verwijderen, wat alleen maar zal leiden tot meer mutaties in de loop van de tijd.'

Het probleem begint met twee uitdagingen die aseksuele soorten op cellulair niveau moeten overwinnen. De eerste is dat ze diploïde genomen moeten maken, met twee sets chromosomen, om door te geven aan hun nageslacht.

'Maar als je een klone mier bent,' merkt Lacy op, 'daar is geen sperma betrokken bij voortplanting, dus waar haal je een extra set chromosomen vandaan?'

De tweede uitdaging is dat het nageslacht een genetische samenstelling moet hebben die compatibel is met ontwikkeling en voortplanting - wat veel aseksuele soorten, belast met twee sets genetisch identieke chromosomen, missen.

Lacy raakte geïnteresseerd in parthenogenese tijdens zijn Masterstudies aan de Universiteit van Georgia terwijl hij de tropische vuurmier bestudeerde, waarvan sommige kolonies asexueel koninginnen produceren. Zoals hij ontdekte, hadden deze mieren bijna volledig hun genetische diversiteit verloren. Toen hij zich in 2019 bij het laboratorium van Kronauer voegde, wilde hij uitzoeken hoe de klone mier dergelijke valkuilen kan vermijden.

Tijdens meiose breken chromosomen uit elkaar en recombineren, resulterend in nieuwe combinaties van genkopieën. Na deze zogenaamde kruisingsgebeurtenissen, worden chromosomen willekeurig geschud door celdelingen.

Bij parthenogenetische voortplanting trekt een klone lijn uit twee identieke chromosoomsets, 'dus je verwacht dat je veel diversiteit verliest tijdens elke cyclus,' zegt Kronauer. Het is vergelijkbaar met het verdunnen van de genetische soep.

Om te begrijpen hoe dit misschien niet geldt voor klone mieren, concentreerden de onderzoekers zich op moeder-dochter en zus-zus paren van mieren. Om er zeker van te zijn dat ze echte familieduo's hadden, volgden ze transgene mieren die rood oplichten wanneer ze door een microscoop worden bekeken - een baanbrekende methode van genetische manipulatie ontwikkeld in het laboratorium van Kronauer door onderzoeker Taylor Hart. Deze paren waren de enige dieren in hun kolonies die glommen.