Könlös reproduktion leder vanligtvis till brist på genetisk mångfald. Inte för dessa myror.

16 juli 2024

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policyer. Redaktörerna har framhävt följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

• faktagranskad
• peer-reviewad publicering
• pålitlig källa
• korrekturläst

av Rockefeller University

Genetisk mångfald är avgörande för en arts överlevnad. Det är tillräckligt enkelt att bibehålla om en art förökar sig sexuellt; en äggcell och en spermie kombinerar genetiskt material från två varelser till en, vilket bildar en genomiskt robust avkomma med två distinkta versioner av artens genom.

Utan den kombinationen av olika genetiska uppsättningar lider asexuellt förökande arter vanligtvis av en brist på mångfald som kan döma dem till en begränsad existens på jorden. Ett sådant djur borde vara den klonslagande myrarten, som producerar dotter efter genetiskt identisk dotter direkt från ett obefruktat ägg genom partenogenes, en metod för asexuell reproduktion där avkomman ärver två uppsättningar av genetiskt identiska kromosomer från sin mor.

Med tiden ska den slumpmässiga ärftligheten hos dessa kromosomer i en oändlig upprepning leda till en katastrofal förlust av genetisk distinkthet och slutlig artkollaps. Ändå verkar denna blind, drottninglösa insekt - en inhemsk art från Bangladesh som nu finns i tropiska miljöer runt om i världen - överleva helt problemfritt. Hur är det möjligt?

Som forskare nyligen upptäckte vid Rockefeller University spelar den klonslagande myran inte hasardspel när det gäller att föra vidare sina gener. Istället ser den till att avkomman ärver två distinkta versioner av hela sitt genom, vilket i stor utsträckning bevarar den genetiska mångfalden som fanns hos varje kloners grundare.

I teorin borde det här inte fungera: Kromosomerna förväntas slumpmässigt blandas under meios, den typ av celldelning som används för att producera spermier och äggceller under reproduktionen hos alla djur, växter och svampar. Ändå verkar processen hos detta djur vara allt annat än slumpmässig, som de rapporterade i Nature Ecology & Evolution.

'Vi tror att vi har upptäckt hur klonslagande myror undviker förlusten av genetisk mångfald som annars vanligtvis uppstår vid partenogenes,' säger första författaren Kip Lacy, en doktorand i Laboratoriet för social evolution och beteende, ledd av Daniel Kronauer. 'Kanske är denna mångfald vad som möjliggör artens överlevnad.'

Partenogenetiska arter är ovanliga men finns bland olika livsformer, inklusive reptiler, groddjur, nematoder, fiskar och fåglar. Deras chanser till långsiktig existens är små. 'Rent asexuella arter tenderar att snabbt bli utrotade,' säger Lacy.

'Att föröka sig klonalt är på sätt och vis en väg mot försämring,' tillägger Kronauer. 'Varje gång det uppstår en något skadlig mutation kan du inte rensa bort den från genomet, vilket bara leder till att fler mutationer ackumuleras över tid.'

Problemet börjar med två utmaningar som asexuella arter måste övervinna på cellnivå. Den första är att de behöver skapa diploida genom, som innehåller två uppsättningar kromosomer, att föra vidare till avkomman.

'Men om du är en klonslagande myra,' påpekar Lacy, 'är ingen spermie inblandad i reproduktionen, så var ska du få en extra uppsättning kromosomer ifrån?'

Den andra är att avkomman måste ha en genetisk sammansättning som är kompatibel med utveckling och reproduktion - något som många asexuella arter, som är belastade med två uppsättningar genetiskt identiska kromosomer, saknar.

Lacy blev intresserad av partenogenes under sin masterutbildning vid University of Georgia när han studerade den tropiska eldmyran, vars kolonier asexuellt producerar drottningar. Som han upptäckte hade dessa myror nästan helt förlorat sin genetiska mångfald. När han anslöt sig till Kronauers laboratorium 2019, försökte han ta reda på hur klonslagande myror kan undvika sådana fällor.

Under meios bryter kromosomerna isär och rekombineras, vilket leder till nya kombinationer av genkopior. Efter att dessa så kallade crossover-händelser har inträffat blandas kromosomerna slumpmässigt genom celldelningar.

Under partenogenetisk reproduktion drar en klontik från två identiska kromosomala set, 'så du förväntar dig att förlora mycket mångfald under varje cykel,' säger Kronauer. Det liknar att utspäda den genetiska soppan.

För att förstå hur detta kanske inte stämmer för klonslagande myror fokuserade forskarna på moder-dotter och syster-syster-par av myror. För att säkerställa att de hade sanna familjeduoer spårade de transgena myror som fluorescerade rött när de sågs genom ett mikroskop - en banbrytande metod för genetisk manipulation utvecklad i Kronauers laboratorium av forskaren Taylor Hart. Dessa par var de enda djuren i sina kolonier som lyste.