Królowe mnożą się bez pomocy króla • Alexander Markov • Wiadomości naukowe o "Elementach" • Genetyka, biologia

Królowe mnożą się bez pomocy króla

Początkowy etap tworzenia nowej kolonii termitów Reticulitermes speratus: "główny król" (PK) i "pierwotna królowa" (PQ) rodzą swoje pierwsze potomstwo. Zdjęcie z dodatkowych materiałów do artykułu, o którym mowa wNauka

W kolonii termitów Reticulitermes speratus "Król" (założyciel płci męskiej) zwykle żyje w otoczeniu mnóstwa "królowych", chociaż każda kolonia jest założona przez jednego mężczyznę i jedną kobietę. Jak się okazało, dodatkowe samice są córkami pierwszorzędnej królowej, którą produkuje w świecie poprzez partenogenetyczny sposób, czyli bez pomocy mężczyzny. Jeśli wtórne królowe rodziłyby się w zwykły sposób seksualny, miałyby one 1/2 genów króla i 1/2 genów pierwszorzędowej królowej, a ich potomstwo zawierało 3/4 genów króla i tylko 1/4 genów pierwszorzędnej królowej. Ze względu na partenogenezę, wszystkie geny wtórnych królowych są matczyne, a ich potomstwo ma w równych proporcjach geny króla i pierwszorzędną królową. Tak więc główna królowa, produkująca swoich "zastępców" bez pomocy króla, dramatycznie zwiększa swój potencjał reprodukcyjny, nie zmniejszając genetycznego wkładu w potomstwo.

Zdolność do reprodukcji partenogenetycznej, czyli do rozwoju potomstwa z niezapłodnionych jaj, jest szeroko rozpowszechniona w owadach społecznych z hymenoptera i termitów.Hymenoptera zapłodnionych jaj, z reguły, rozwija się samice i niepłodnych samców. W termitach potomstwo obu płci rozwija się z zapłodnionych komórek jajowych, a z niezapłodnionych tylko samic. Dlatego hymenoptera partenogeneza jest absolutnie niezbędna do kontynuacji rodzaju (w przeciwnym razie nie będzie mężczyzn, a zatem nie będzie zapłodnionych jaj, a zatem nie będzie kobiet). W termitach, jak do tej pory wierzono, partenogeneza odgrywa jedynie rolę pomocniczą (termitowy system reprodukcji opisany jest w nocie członkostwa Caste w termitach jest z góry określony genetycznie, Elements, 11/14/2007).

Jednak odkrycie japońskich i amerykańskich entomologów, o których pisali w najnowszym numerze czasopisma Nauka, pokazał, że przynajmniej w niektórych termitach partenogeneza jest niezbędnym składnikiem cyklu życiowego, a kobiety używają jej "mądrze", szukając maksymalnych korzyści zarówno dla kolonii, jak i dla siebie.

Naukowcy otworzyli 30 gniazd termitów Reticulitermes speratus w pobliżu Kioto i przeprowadził w nich "spis ludności". Okazało się, że w każdym gnieździe jest tylko jeden "aktywny" samiec i wiele (średnio 55) samic hodowlanych.Tylko w jednej z 30 kolonii "główna królowa", która założyła gniazdo ze swoim współmałżonkiem, wciąż żyła, ale nawet tutaj dodano do niego 128 "wtórnych królowych". W pozostałych 29 gniazdach głównej królowej nie znaleziono.

W dojrzałej kolonii termitów Reticulitermes speratus "Główny król" (PK) wciąż żyje i ma się dobrze, chociaż jego pierwszy małżonek ("główna królowa") już dawno umarł. Jednak przed śmiercią udało jej się wyprodukować dziesiątki córek – "wtórnych królowych" (SQ), które obecnie stanowią królewski harem. Zdjęcie z dodatkowych materiałów do artykułu, o którym mowa wNauka

Nie jest trudno odróżnić pierwszorzędną królową od drugorzędnych: pierwsza to dorosła skrzydlata kobieta zrzucająca skrzydła, a druga tak zwane "nimfy", czyli niedorozwinięte osobniki z pąkami skrzydeł na plecach uwaga).

Jeśli chodzi o króla, w większości gniazd okazał się on pierwotny (to znaczy dorosły, który upuścił skrzydła), a tylko w dwóch koloniach był drugorzędny, to znaczy, był nimfoidem. Najwyraźniej oznacza to, że główny król żyje znacznie dłużej niż pierwszorzędna królowa. Jednak przed śmiercią królowa produkuje sporą liczbę córek, które stają się "wtórnymi królową".W rezultacie król otrzymuje harem składający się z córek swojej żony.

Adaptacyjne znaczenie pojawienia się wtórnych królowych jest oczywiste. Ponieważ pierwszorzędna królowa jest efemerycznym stworzeniem, kolonia musi zapewnić sobie nowe kobiety, które będą produkować robotników i skrzydlate osoby po śmierci założycielskiej matki. Jednak kwestia mechanizmów rządzących przekształcaniem niedojrzałych nimf w króliki wtórne pozostawała otwarta.

Na podstawie tego, co było wcześniej wiadome o życiu termitów, można było oczekiwać, że żeńskie nimfy w dowolnym termitecie wybierają jeden z dwóch sposobów rozwoju w zależności od potrzeb kolonii: albo zamieniają się w dorosłe samice skrzydlatych i odlatują, by założyć nową rodzinę, lub, jeśli rodzina odczuwa potrzebę kobiety, stają się one nimfoidami i zaczynają się rozmnażać bez opuszczania rodzimej kolonii. Jeśli jednak kolonia ma jednego długowiecznego króla, wówczas wszystkie nimfy będą najprawdopodobniej jego własnymi córkami i żonami w tym samym czasie. Nie jest to najlepsza opcja dla kolonii, ponieważ blisko spokrewnione krzyżowanie może prowadzić do narodzin osłabionego potomstwa.Ponadto chów wsobny zmniejszyłby różnorodność genetyczną pracowników, co jest również szkodliwe dla kolonii owadów społecznych.

Naukowcy postanowili sprawdzić, czy wtórne królowe są córkami własnego męża. Aby to zrobić, przeprowadzili analizę genetyczną termitów dla pięciu polimorficznych loci mikrosatelitarnych, czyli dla pięciu regionów genomu, które charakteryzują się obecnością wielu różnych wariantów (alleli) w populacjach tego typu termitów.

Analizą objęto 135 wtórnych królowych z różnych gniazd, a także jedyną odkrytą królową pierwotną, sześcioro głównych królów i jedną drugorzędną, 140 pracowników i 40 nie-hodowlanych nimf.

Okazało się, że wszyscy robotnicy i nimfy noszą geny pierwotnego króla i głównej królowej. Oznacza to, że wszystkie wykluły się z normalnych zapłodnionych jaj. Jednak bez wyjątku wszystkie wtórne królowe okazały się partenogenetycznymi "mamma córkami". W ich genomach nie było ani genów głównego króla – założyciela kolonii, ani żadnego innego mężczyzny.

Należy wyjaśnić, że partenogenetyczne pochodzenie pojedynczego termitu można ustalić na podstawie poziomu homozygotyczności, czyli udziału genów.obie kopie w genomie owadów są takie same (reprezentują ten sam allel). U osób bez ojca poziom homozygotyczności jest zbliżony do 100%. U normalnych osób, mających zarówno matkę, jak i ojca, jest znacznie niższa. Wynika to z osobliwości tego wariantu partenogenezy, który jest charakterystyczny dla termitów. Po pierwsze, zestaw podwójnych komórek chromosomów, gdzie każdy gen jest obecny w dwóch kopiach, często nie identycznych, tworzy komórkę zawierającą pojedynczy zestaw chromosomów i tylko jedną kopię każdego genu (jak w normalnej komórce jajowej). Ten pojedynczy zestaw chromosomów jest następnie podwojony i otrzymuje się komórkę jajową z dwoma identycznymi zestawami chromosomów i genów. Z takiego jaja rozwija się owad, który jest homozygotyczny w prawie wszystkich loci (to znaczy ma dwie identyczne kopie każdego genu). Słowo "prawie" wiąże się z faktem, że w wyniku krzyżowania niektóre loci heterozygotyczne w matce pozostają heterozygotyczne w jej partenogenetycznym potomstwie.

Tak więc, pierwotna królowa nie pozwala na przepływ procesu formacji "wtórnych królowych", ale celowo dokonuje przesunięcia dla siebie, kładąc zapłodnione jaja, z których będą rozmnażać nimfowate samice.Jakie jest znaczenie tego zachowania?

Oczywiście jest to korzystne zarówno dla kobiet, jak i dla całej kolonii. Korzyść dla kolonii polega na tym, że wtórne królowie nie są spokrewnione z królem, i dlatego produkują żywsze i różnorodne potomstwo z krzyży z nim. Korzyść dla kobiety polega na tym, że poprzez wytwarzanie wtórnych królowych przez partenogenezę, nie pozwala ona na zmniejszenie własnego wkładu genetycznego w potomstwo. Jeśli wtórne króliki rozwinęłyby się z zapłodnionych komórek jajowych, zawierałyby 1/2 genów króla i 1/2 genów pierwszorzędowej królowej. Wskutek tego wnuki głównej królowej, która stanowi główną populację kopca, miałyby tylko jedną czwartą genów, a trzy czwarte zostałyby zabrane przez króla. Jednak u wtórnych królowych urodzonych przez partenogenetyczne, wszystkie geny są tylko matczyne, a zatem genomy wnuków będą zawierać nie jedną czwartą, ale połowę genów pierwotnej królowej.

Każda wtórna królowa otrzymuje losowo wybraną połowę genów założyciela. Jeśli wtórna królowa byłaby sama, zmniejszyłaby różnorodność genetyczną wnuków (robotników i skrzydlatych osobników), co jest szkodliwe dla kolonii.Dlatego duża liczba wtórnych królowych, z których każda nosi inny zestaw matczynych alleli, przynosi podwójną korzyść: po pierwsze, tempo produkcji jaj wzrasta wielokrotnie, a po drugie, różnorodność genetyczna nie jest tracona.

Wydaje się, że zdolność samic do celowego regulowania płci potomstwa może być przydatna w wielu sytuacjach, a zatem wielokrotnie pojawiała się w trakcie ewolucji w różnych grupach organizmów (patrz: płeć piskląt zależy od opinii samicy o jej mężu, elementy, 23.03.2009 ).

Źródło: Kenji Matsuura, Edward L. Vargo, Kazutaka Kawatsu, Paul E. Labadie, Hiroko Nakano, Toshihisa Yashiro, Kazuki Tsuji. Sukcesja królowej poprzez bezpłciową reprodukcję w termitach // Nauka. 2009. V. 323. P. 1687.

Zobacz także:
Klastyczne powinowactwo termitów jest z góry określone genetycznie, "Elements", 14.11.2007.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: