Inwazyjne żółte szalone mrówki tworzą męskie "chimery" w celu reprodukcji.

Żółte szalone mrówki łamią zasady reprodukcji.

Każdy samiec mrówki zawiera oddzielne populacje komórek z dwóch różnych linii genetycznych, co czyni ich "chimerycznymi", jak donoszą badacze w Science z 7 kwietnia. Żółte szalone mrówki (Anoplolepis gracilipes) są pierwszym znanym gatunkiem, który wymaga chimeryzmu do stworzenia płodnych samców.

To "elegancka odpowiedź na rodzaje nietypowych systemów godowych, które obserwowaliśmy u innych mrówek" - mówi ewolucyjny genetyk Waring "Buck" Trible z Uniwersytetu Harvarda, który nie był zaangażowany w badania. "Możemy to uznać za kolejny krok ewolucyjny wśród mrówek."

Większość zwierząt rozwija się z jednej komórki jajowej i jednej komórki nasiennej, łączącej ich DNA. Kiedy stworzenie rośnie, wszystkie następne komórki, z wyjątkiem komórek płciowych, zawierają dwa zestawy chromosomów noszących DNA, jeden od każdego rodzica. Innymi słowy, wszystkie te komórki somatyczne noszą tę samą informację genetyczną. Komórki nasienne i jajowe zawierają tylko jeden zestaw chromosomów.

Ale u wielu mrówek, oraz innych owadów, takich jak osy i pszczoły, tylko samice posiadają komórki somatyczne z parami chromosomów. Samce zwykle rozwijają się z niezapłodnionych jaj. Ich komórki somatyczne zawierają zatem tylko jeden zestaw chromosomów.

Badania z 2007 roku wykazały jednak, że około połowa przebadanych samców żółtych szalonych mrówek posiada dwa różne kopie tych samych genów, dokładnie tak, jak pracownicze mrówki samicy.

Ale to "nie miało sensu, żeby wszyscy samce tego gatunku byli diploidalni", czyli mieliby dwa zestawy chromosomów w każdej komórce somatycznej, mówi ewolucjonista Hugo Darras z Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Mainz w Niemczech. Kiedy to się dzieje u innych mrówek, samce są zwykle bezpłodne, dodaje. "Nikt nie miał żadnego wyjaśnienia."

Dlatego Darras i jego koledzy zebrali setki żółtych szalonych mrówek z całej Azji Wschodniej i Południowo-Wschodniej. Analiza samców i pracowniczych samicy pokazała, że w tej populacji płciowej występują dwie linie genetyczne. Reprodukcyjne królowe pochodzą ze skrzyżowania komórek nasienia i jaja z tej samej linii, którą naukowcy nazwali R (Reproductive). Pracownicze mrówki były hybrydami dwóch różnych linii, z których druga została nazwana W (Worker). Innymi słowy, pracownicze mrówki miały genomy R/W, podczas gdy królowe miały genomy R/R.

Zgodnie z wcześniejszym badaniem, naukowcy zidentyfikowali R/W samców. Ale okazało się też, że komórki somatyczne samców zawierają tylko jeden zestaw chromosomów, tak jak w przypadku innych gatunków mrówek. Ekstrakcja DNA z pojedynczych komórek pokazała, że zamiast mieć pary chromosomów wewnątrz komórek, każda komórka zawiera chromosomy tylko z jednej z dwóch linii.

Dalsze badania wykazały, że komórki R i W są nierównomiernie rozłożone w ciałach samców. Podczas gdy większość ciała zawierała większość komórek R na podstawie próbek tkanki (ok. 75%), stosunek prawie odwrócił się w komórkach jajowych - 65% było komórek W.

Ponieważ zarówno pracownice, jak i samce pochodzą z połączenia nasienia W z jajem R, płeć zależy od tego, czy ich pakiety DNA, czy jądra, łączą się. Połączenie tworzy samicę. Ale brak połączenia powoduje, że dwa jądra dzielą się osobno w tym samym jaju, tworząc samca.

Nie wiadomo, dlaczego ten nigdy wcześniej nie widziany sposób reprodukcji ewoluował u tych mrówek. "Odmawiając fuzji z komórką jajową, [nasienie] może zwiększyć swoją zdolność reprodukcyjną" - mówi Trible. Pracownicze mrówki są bezpłodne i nie mogą przekazać genomu W.

"Myślimy, że to może być interakcja między dwoma genomami, które są w konflikcie, ale czasami współpracują" - mówi Darras. Te różne linie mogą ewoluować niezależnie w dwóch oddzielnych populacjach mrówek, które ostatecznie się ze sobą wymieszają. Albo mogły zacząć się od podobnych genów, które z biegiem czasu się różniły, dodaje. "Ale wygląda na to, że całe genomu są oddzielone i nie wymieniają się materiałem genetycznym".

Ten dziwny sposob rozrodu może być korzystny dla populacji mrówek, prowadząc do tytułu żółtych szalonych mrówek jako jednego z najgorszych gatunków inwazyjnych na świecie (SN: 9/15/09). Ponieważ połączenie jąder R i W powoduje tylko bezpłodne pracownice, genomy nigdy nie mieszają się i nie są przekazywane kolejnym pokoleniom. Zatem mrówki unikają jakiejkolwiek możliwości kojarzenia się między sobą, co jest cechą obecną w innych inwazyjnych gatunkach mrówek (SN: 2/1/11).

Chimery występują u innych istot, w tym ludzi, ale zwykle jest to zwykłe przypadkowe zdarzenie. Żółte szalone mrówki są pierwszym znanym gatunkiem, w którym chimeryzm określa płeć. Ale niektórzy naukowcy szacują, że istnieje około 20 000 gatunków mrówek, a systemy rozrodcze większości nie zostały jeszcze zbadane.

"To bardzo szczególny system" - mówi ewolucjonista Guojie Zhang z Uniwersytetu Zhejiang w Hangzhou w Chinach, który nie brał udziału w badaniach. "Pytanie brzmi, jak często ten system można zaobserwować w innych liniach mrówek".

Nasza misją jest dostarczanie dokładnych, interesujących wiadomości naukowych dla społeczeństwa. Ta misja nie byłaby możliwa bez Ciebie

Jako organizacja non-profit zajmująca się przekazywaniem informacji naukowej dla ogółu ludzi, nie bylibyśmy w stanie tego dokonać bez Ciebie.

Twoje wsparcie umożliwia nam utrzymanie naszej treści za darmo i dostępnej dla kolejnych pokoleń naukowców i inżynierów. Inwestuj w jakościowy dziennikarstwo naukowe, wpłacając darowiznę już dziś.