Invasieve gele gekke mieren creëren mannelijke 'chimaera's' om zich voort te planten.

Gele gekke mieren breken de regels van voortplanting.

Onderzoekers melden in het nummer van 7 april van Science dat elke mannelijke mier aparte populaties cellen bevat van twee verschillende genetische stammen, wat hen "chimeren" maakt. Gele gekke mieren (Anoplolepis gracilipes) zijn de eerste bekende soort die chimerisme vereist om vruchtbare mannen te creëren.

Het is "een elegante reactie op de soorten ongebruikelijke paringssystemen die we hebben waargenomen bij andere mieren", zegt evolutionair geneticus Waring "Buck" Trible van de Harvard University, die niet betrokken was bij het onderzoek. "We kunnen dit beschouwen als de volgende evolutionaire stap" bij mieren.

De meeste dieren ontwikkelen zich uit een spermacel en een eicel die samensmelten tot één geheel, waarbij hun DNA wordt gecombineerd. Naarmate een wezen groeit, dragen alle opvolgende cellen, behalve geslachtscellen, twee sets DNA-dragende chromosomen mee, één van elke ouder. Met andere woorden, deze somatische cellen dragen allemaal dezelfde genetische informatie. Spermatozoïden- en eicellen bevatten slechts één set chromosomen.

Maar bij veel mieren en andere insecten zoals wespen en bijen hebben alleen vrouwtjes somatische cellen met chromosoomparen. Mannetjes ontwikkelen zich meestal uit onbevruchte eieren. Dus hun somatische cellen hebben slechts één set chromosomen.

Een onderzoek uit 2007 toonde echter aan dat ongeveer de helft van de bemonsterde mannelijke gele gekke mieren twee verschillende kopieën van dezelfde genen bezat, net als de vrouwelijke werkstermieren van de soort.

Maar "het was niet logisch dat alle mannen van deze soort diploïd zouden zijn", of twee sets chromosomen in elke somatische cel zouden hebben, zegt evolutionair bioloog Hugo Darras van de Johannes Gutenberg University Mainz in Duitsland. Bij andere mieren zijn de mannetjes meestal onvruchtbaar, zegt hij. "Niemand had een verklaring."

Darras en collega's verzamelden daarom honderden gele gekke mieren uit Oost- en Zuidoost-Azië. Analyse van vrouwelijke mieren - koninginnen en werksters - onthulde dat heersers in deze soort een genetische bron hebben. Voortplantende koninginnen kwamen voort uit het combineren van sperma- en eicellen van dezelfde stam, die de onderzoekers R hebben genoemd. Werkers waren hybriden van de twee verschillende stammen, waarvan de andere W werd genoemd. Met andere woorden, werksters hadden R/W-genomen, terwijl koninginnen R/R-genomen hadden.

Overeenkomstig het vorige onderzoek identificeerden de onderzoekers R/W-mannetjes. Maar ze ontdekten ook dat de somatische cellen van de mannen slechts één set chromosomen hebben, zoals bij andere mierensoorten. Het extraheren van DNA uit individuele cellen toonde aan dat elke cel, in plaats van chromosoomparen binnen cellen te hebben, chromosomen bevat van slechts één van de twee stammen.

Verdere experimenten toonden aan dat de R- en W-cellen onevenredig over het lichaam van de mannen zijn verdeeld. Terwijl het grootste deel van het lichaam voornamelijk R-cellen bevatte, bijna 75 procent op basis van het gemonsterde weefsel, was de verhouding bijna omgekeerd in het sperma - 65 procent waren W-cellen.

Aangezien zowel arbeiders als mannen voortkomen uit het combineren van W-sperma met R-eieren, hangt het geslacht af van of hun pakketten DNA, of kernen, samensmelten. Fusie creëert een vrouwelijke mier. Maar als het samenvoegen mislukt, delen de twee kernen afzonderlijk binnen hetzelfde ei en produceren een mannetje.

Het is onduidelijk waarom deze voorheen ongeziene voortplantingsmodus zich heeft ontwikkeld bij deze mieren. "Door niet te versmelten met de eicel kan [het sperma] zijn reproductie-output verhogen", zegt Trible. Vrouwelijke werkstermieren zijn onvruchtbaar en kunnen dus het W-genoom niet doorgeven.

"We denken dat het misschien een wisselwerking is tussen twee genomen die in conflict zijn maar soms samenwerken", zegt Darras. Deze verschillende stammen kunnen onafhankelijk van elkaar zijn geëvolueerd in twee aparte mierenpopulaties die uiteindelijk met elkaar vermengd raakten. Of ze begonnen met vergelijkbare genen die in de loop van de tijd divergeerden, voegt hij eraan toe. "Maar het lijkt erop dat de hele genomen gescheiden zijn en geen genetisch materiaal uitwisselen."

Deze bizarre voortplantingsmethode kan voordelig zijn voor de mierenpopulaties en leiden tot de titel van gele gekke mier als een van de ergste invasieve soorten ter wereld (SN: 9/15/09). Omdat het samenvoegen van R- en W-kernen alleen leidt tot steriele arbeiders, kunnen de genomen nooit worden gemengd en doorgegeven aan de volgende generatie. Zo vermijden de mieren elk mogelijk inteelt, een functie die wordt gezien bij andere invasieve mierensoorten (SN: 2/1/11).

Chimeren zijn gevonden bij andere wezens, waaronder mensen, maar het is meestal een ongeluk. Gele gekke mieren zijn de eerste bekende soort waarbij chimerisme het geslacht bepaalt. Maar sommige wetenschappers schatten dat er rond de 20.000 mierensoorten zijn en de voortplantingssystemen van de meeste zijn niet bestudeerd.

"Dit is een heel speciaal systeem", zegt evolutionair bioloog Guojie Zhang van de Zhejiang University in Hangzhou in China, die niet betrokken was bij het onderzoek. "De vraag zou zijn hoe vaak dit systeem kan worden waargenomen in andere mierenlijnen."

Onze missie is om nauwkeurig, boeiend wetenschappelijk nieuws te bieden aan het publiek. Die missie is vandaag de dag belangrijker dan ooit.

Als non-profit nieuwsorganisatie kunnen we het niet zonder u doen.

Uw steun stelt ons in staat om onze inhoud gratis en toegankelijk te houden voor de volgende generatie wetenschappers en ingenieurs. Investeer in hoogwaardige wetenschapsjournalistiek door vandaag te doneren.