Ewolucja międzygatunkowa mrówek
Badacze z Queen Mary University of London zaobserwowali nową formę społeczną u mrówek ogniowych gatunku Solenopsis invicta, w trakcie jej rozpowszechniania na inne gatunku rodzaju Solenopsis. Przeniesienie „supergenu społecznego”, który sprawia, że mrówki tworzą sprawniej działające społeczności kierowane przez wiele królowych, oparte jest na krzyżowaniu się gatunków, zwanym introgresją.
Zmienność form gatunkowych to jeden z najbardziej fascynujących tematów biologii, podstawa myślenia o życiu w kategoriach ewolucyjnych. Zwykle odbywa się to w formie rozprzestrzeniania się mutacji w ramach jednego gatunku, ale zdarza się też, że dzieje się to pomiędzy zbliżonymi do siebie gatunkami. Zjawisko nazwane introgresją polega na włączeniu się korzystnej puli genów jednego gatunku do innego przez długofalowy proces powstawania i krzyżowania się hybryd, czyli potomków obu gatunków. Takie zjawisko występuje zwykle tylko w świecie roślin, ale angielskim badaczom udało się zaobserwować je u mrówek.
Mrówki ogniowe (rodzaj Solenopsis) mają zazwyczaj jedną królową w kolonii. Jak ustalili już jakiś czas temu naukowcy, około miliona lat temu pojawiła się mutacja, która umożliwiła jednemu gatunkowi tego rodzaju mieć ich w jednej kolonii aż kilkanaście. Mutacja nastąpiła w szczególnym miejscu jednego z chromosomów, nazwanym „supergenem społecznym”, zawierającym informację genetyczną niezbędną do tego, by robotnice zaakceptowały więcej niż jedną królową.
Nowe badania, opublikowane właśnie (11 marca 2022) w Nature Communications, polegały na przeanalizowaniu całych genomów lub zestawy instrukcji 365 samców różnych gatunków rodzaju Solenopsis w celu zbadania ewolucji supergenu społecznego (tj. właściwie zestawu wielu genów) i wykazały, że ta sama wersja tego chromosomu występuje u wielu gatunków mrówek ognistych.
Ten szczególny zestaw genów, odnaleziony u różnych gatunków, świadczy oczywiście o ich wspólnym przodku. Nie jest to jednak typowa sytuacja rozgałęzienia się jednego gatunku i wytworzenia się z niego wielu w wyniku ewolucji. Rzeczony gen znajdowano bowiem u gatunków odmiennych, które już wcześniej, przed nabyciem tego genu, rozdzieliły się z jednego pnia. W tym wyjątkowy przypadku dokonało się więc przeniesienie dużego zestawu informacji genetycznej pomiędzy gatunkami, na zasadzie introgresji.
Tegu typu zjawisko jest niezwykle rzadkie w królestwie zwierząt. Jednak w tym przypadku korzyści płynące z posiadania wielu królowych przesłoniły niezgodności genetyczne, które są zwykle przeszkodą w krzyżowaniu się gatunków. Materiał genetyczny wielokrotnie rozprzestrzenił się na inne gatunki z jednego gatunku źródłowego, w którym wyewoluowała ta nowa forma społeczna.
Forma społeczna, w której kolonia dysponuje wieloma królowymi ma zalety w kilku sytuacjach. Na przykład kolonia z wieloma matkami ma więcej robotnic, a zatem jest konkurencyjna wobec kolonii z tylko jedną królową. Co więcej, w przypadku powodzi czy innego kataklizmu istnieje mniejsze prawdopodobieństwo, że kolonia z wieloma królowymi zostanie pozbawiona królowych.
Zespół badaczy z Queen Mary University of London był już wcześniej dobrze znany w środowisku badaczy owadów, ponieważ jako jeden z pierwszych na świecie podjął się sekwencjonowania DNA dzikich owadów na naprawdę dużą skalę. To umożliwiło tym naukowcom odkrycie – znów – jednego z pierwszych supergenów, czyli dużego zestawu kilkuset genów, realizujących wspólnie pewną funkcję. Teraz biolodzy z Londynu, dzięki zastosowaniu wypróbowanej już metody i dzięki precyzyjnej obserwacji, odkryli ciekawe i zaskakujące zjawisko, które uczy nas czegoś nowego o możliwościach ewolucji w królestwie zwierząt.
Badania źródłowe:
Stolle, E., Pracana, R., López-Osorio, F. et al. Recurring adaptive introgression of a supergene variant that determines social organization. Nat Commun 13, 1180 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-28806-7
Opracowano na podstawie artykułu Scientists find new colony structure of fire ants evolved in one species before spreading to others opublikowanego na portalu Phys.org
