Żółte szalone mrówki łamią zasady rozmnażania.

Każdy samiec mrówki zawiera oddzielne populacje komórek z dwóch odrębnych linii genetycznych, co czyni je „chimerami”, podają naukowcy w 7 kwietnia Nauka. Żółte szalone mrówki (Anoplolepis gracilipes) to pierwszy znany gatunek, który wymaga chimeryzmu do stworzenia płodnych samców.

To „elegancka odpowiedź na rodzaje niezwykłych systemów kojarzenia, które zaobserwowaliśmy u innych mrówek”, mówi genetyk ewolucyjny Waring „Buck” Trible z Uniwersytetu Harvarda, który nie był zaangażowany w badania. „Możemy uznać to za kolejny krok ewolucyjny” u mrówek.

Większość zwierząt rozwija się z plemnika i komórki jajowej, łącząc się w jedno, łącząc swoje DNA. Gdy stworzenie rośnie, wszystkie kolejne komórki, z wyjątkiem komórek płciowych, niosą dwa zestawy chromosomów niosących DNA, po jednym od każdego z rodziców. Innymi słowy, wszystkie te komórki somatyczne niosą tę samą informację genetyczną. Plemniki i komórki jajowe zawierają tylko jeden zestaw chromosomów.

Ale u wielu mrówek, podobnie jak u innych owadów, takich jak osy i pszczoły, tylko samice mają komórki somatyczne z parami chromosomów. Samce zwykle rozwijają się z niezapłodnionych jaj. Tak więc ich komórki somatyczne posiadają tylko jeden zestaw chromosomów.

Jednak badanie z 2007 roku wykazało, że około połowa badanych samców żółtych szalonych mrówek posiadała dwie różne kopie tych samych genów, podobnie jak samice robotnic tego gatunku.

Ale „nie miało sensu, żeby wszystkie samce tego gatunku były diploidalne” lub miały dwa zestawy chromosomów w każdej komórce somatycznej, mówi biolog ewolucyjny Hugo Darras z Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji w Niemczech. Kiedy dzieje się tak u innych mrówek, samce są zwykle bezpłodne – mówi. „Nikt nie miał żadnego wyjaśnienia”.

Więc Darras i współpracownicy zebrali setki żółtych szalonych mrówek z całej Azji Wschodniej i Południowo-Wschodniej. Analiza samic — królowych i robotnic — ujawniła, że ​​rodzina królewska tego gatunku ma źródło genetyczne. Królowe reprodukcyjne powstały z połączenia plemników i komórek jajowych z tej samej linii, którą naukowcy nazwali R. Robotnice były hybrydami dwóch różnych linii, z których druga nazywała się W. Innymi słowy, robotnice miały genomy R/W, podczas gdy królowe miały R /R genomy.

Zgodnie z poprzednim badaniem naukowcy zidentyfikowali samce R/W. Ale odkryli również, że komórki somatyczne samców mają tylko jeden zestaw chromosomów, podobnie jak u innych gatunków mrówek. Ekstrakcja DNA z poszczególnych komórek wykazała, że ​​zamiast par chromosomów w komórkach, każda komórka zawiera chromosomy tylko z jednej z dwóch linii.

Dalsze eksperymenty wykazały, że komórki R i W są nierównomiernie rozmieszczone w ciałach samców. Podczas gdy większość ciała zawierała większość komórek R, prawie 75 procent w oparciu o pobraną tkankę, stosunek ten prawie się zmienił w plemnikach – 65 procent stanowiły komórki W.

Ponieważ zarówno robotnice, jak i samce pochodzą z połączenia plemników W z jajami R, płeć zależy od tego, czy ich pakiety DNA lub jądra łączą się. Fuzja tworzy kobietę. Ale niepowodzenie fuzji powoduje, że dwa jądra dzielą się oddzielnie w obrębie tego samego jaja, tworząc samca.

Nie jest jasne, dlaczego ten nigdy wcześniej nie widziany sposób rozmnażania wyewoluował u tych mrówek. „Odmawiając fuzji z komórką jajową, [the sperm] może być w stanie zwiększyć wydajność reprodukcyjną” – mówi Trible. Samice mrówek robotnic są bezpłodne i dlatego nie mogą przekazywać genomu W.

„Uważamy, że może to być interakcja między dwoma genomami, które są w konflikcie, ale czasami współpracują” – mówi Darras. Te odrębne linie mogły ewoluować niezależnie w dwóch oddzielnych populacjach mrówek, które ostatecznie się wymieszały. Albo mogli zacząć od podobnych genów, które z czasem się rozeszły, dodaje. „Ale wygląda na to, że całe genomy są rozdzielone i nie wymieniają żadnego materiału genetycznego”.

Ta dziwna metoda rozmnażania może być korzystna dla populacji mrówek, prowadząc do tego, że żółta szalona mrówka została uznana za jeden z najgorszych gatunków inwazyjnych na świecie (Numer seryjny: 15.09.09). Ponieważ fuzja jąder R i W skutkuje jedynie bezpłodnymi pracownikami, genomy nigdy nie mogą się mieszać i być przekazywane następnemu pokoleniu. W ten sposób mrówki unikają wszelkiej możliwości chowu wsobnego, co jest cechą obserwowaną u innych inwazyjnych gatunków mrówek (Nr seryjny: 1.02.11).

Chimery znaleziono u innych stworzeń, w tym u ludzi, ale zwykle jest to przypadek. Żółte szalone mrówki to pierwszy znany gatunek, u którego chimeryzm determinuje płeć. Ale niektórzy naukowcy szacują, że istnieje około 20 000 gatunków mrówek, a systemy rozrodcze większości z nich nie zostały zbadane.

„To bardzo szczególny system”, mówi biolog ewolucyjny Guojie Zhang z Uniwersytetu Zhejiang w Hangzhou w Chinach, który nie był zaangażowany w badania. „Pytanie brzmi, jak często ten system można zaobserwować w innych liniach mrówek”.