Mrówki są wszędzie – na naszych podwórkach, w kuchniach, a nawet na naszych piknikach. Ale czy zastanawiałeś się kiedyś, w jaki sposób te maleńkie stworzenia określają swoją płeć? To nie jest tak proste, jak mogłoby się wydawać.

Niedawne odkrycie dokonane przez naukowców z Moguncji i Lozanny odsłoniło nowy, fascynujący element tej układanki, w którym uczestniczy raczej nieoczekiwany gracz: gen „niekodujący”.

Inna droga do określenia płci mrówek

U ludzi płeć biologiczna jest zdeterminowana przez dziedziczenie określonych chromosomów płciowych.

Osoby z dwoma chromosomami X zazwyczaj rozwijają się jako kobiety, podczas gdy osoby z jednym chromosomem X i jednym chromosomem Y zazwyczaj rozwijają się jako mężczyźni. Ten system określania płci opiera się na obecności lub braku chromosomu Y.

Owady takie jak mrówki, pszczoły i osy wykorzystują odrębny mechanizm określania płci zwany haplodiploidią.

W tym systemie, a nie chromosomy płciowe, o płci decyduje liczba zestawów chromosomów, które dana osoba posiada.

Samce rozwijają się z niezapłodnionych jaj i dlatego dziedziczą tylko jeden zestaw chromosomów od matki (haploidalny).

Z kolei samice rozwijają się z zapłodnionych jaj i dziedziczą dwa zestawy chromosomów, po jednym od każdego z rodziców (diploidalne).

Zachodzące procesy molekularne

Chociaż podstawowa zasada haplodiploidii jest znana, naukowcy od dawna interesują się odkrywaniem specyficznych procesów molekularnych, które powodują rozwój organizmu męskiego lub żeńskiego z haploidalnej lub diploidalnej komórki jajowej.

Aby dokładniej zbadać tę kwestię, badacze zwrócili uwagę na niezwykłe zjawisko obserwowane u mrówek argentyńskich: występowanie diploidalnych samców. Te samce, zazwyczaj bezpłodne, powstają z zapłodnionych jaj w wyniku anomalii genetycznej.

Badając te diploidalne samce, naukowcy mieli nadzieję uzyskać wgląd w podstawowe mechanizmy genetyczne odpowiedzialne za determinację płci u tych owadów.

Genetyczna osobliwość, która złamała kod

„Pozwoliło nam to porównać dwa zestawy chromosomów występujące u kobiet i diploidalnych mężczyzn, które różnią się od ich haploidalnych odpowiedników, które posiadają tylko jeden zestaw chromosomów” – wyjaśnia dr Qiaowei Pan, naukowiec z Instytutu Biologii Molekularnej (IMB) w Moguncji i na Uniwersytecie w Lozannie.

Analizując skład genetyczny tych mrówek, naukowcy odkryli uderzającą różnicę w małym obszarze genomu.

„Udało nam się zidentyfikować siedem różnych wersji w regionie genomu o długości 5000 par zasad” – mówi dr Pan. „Wszystkie kobiety miały dwie różne wersje tego regionu, podczas gdy wszyscy diploidalni mężczyźni mieli dwa razy te same allele. Zatem ta lokalizacja genomowa ma fundamentalne znaczenie dla określenia płci tej mrówki”.

Niespodziewany bohater w determinizmie płci mrówek

Odkrycie to było przełomowe, ale tym, co naprawdę zaskoczyło naukowców, była natura tego regionu determinującego płeć.

W przeciwieństwie do podobnych odkryć u pszczół miodnych, za które odpowiedzialny jest gen kodujący białka, naukowcy odkryli coś zupełnie innego u mrówek.

„Ku naszemu zdziwieniu odkryliśmy, że miejsce genu determinującego płeć u mrówek nie koduje białka” – mówi dr Pan. „Innymi słowy, nie zawiera informacji wymaganych do wytworzenia białka. Nazywa się to niekodującym genem RNA.”

Główna rola RNA

Niekodujące geny RNA wytwarzają cząsteczki RNA, które nie przekładają się na białka, a mimo to odgrywają kluczową rolę w wielu procesach biologicznych. W tym przypadku kluczowa wydaje się ilość RNA wyprodukowanego z tego niekodującego genu.

„Poziom ekspresji RNA tego genu jest wyższy u kobiet noszących dwie wersje regionu determinującego płeć niż u diploidalnych samców z dwiema identycznymi kopiami regionu” – wyjaśnia dr Pan.

Kiedy naukowcy eksperymentalnie wyłączyli ten gen w embrionach żeńskich, rozwinęły się one w samce, co potwierdza jego kluczową rolę.

Rozwiązanie zagadki

Chociaż identyfikacja niekodującego genu RNA odpowiedzialnego za determinację płci u mrówek argentyńskich jest znaczącym przełomem, rodzi dalsze pytania wymagające dalszych badań.

Badaczom zależy na zrozumieniu, dlaczego obecność dwóch różnych wersji (alleli) tego genu powoduje zwiększoną ekspresję RNA w porównaniu z obecnością dwóch identycznych alleli. Może to obejmować złożone mechanizmy regulacyjne na poziomie genetycznym lub epigenetycznym.

Ponadto dokładne szlaki molekularne, poprzez które ta cząsteczka RNA wpływa na rozwój cech męskich i żeńskich, pozostają niejasne.

Możliwe, że ten RNA oddziałuje z innymi genami lub białkami, inicjując kaskady zdarzeń, które ostatecznie prowadzą do różnicowania cech płciowych.

Determinizm płciowy mrówek wymaga dalszych badań

Podsumowując, zrozumienie tych mechanizmów zapewniłoby cenny wgląd w zawiłe procesy rządzące determinacją płci i rozwojem mrówek.

Trwa poszukiwanie odpowiedzi na te pytania, podkreślając ogrom świata przyrody i złożoność zachodzących w nim procesów biologicznych.

Odkrycie to przypomina, że ​​nawet pozornie proste organizmy, takie jak mrówki, posiadają skomplikowane mechanizmy genetyczne, które nie są w pełni poznane.

Zatem następnym razem, gdy spotkasz mrówkę, pamiętaj, że jej płeć nie jest determinowana przez prosty przełącznik genetyczny, taki jak chromosomy X i Y u ludzi.

Zamiast tego jest on kierowany przez niekodujący gen RNA, który pełni rolę przewodnika, kierując złożoną symfonią aktywności genetycznej.

Ten skomplikowany wzór ekspresji genów zapewnia właściwą równowagę samców i samic w kolonii, ostatecznie przyczyniając się do przetrwania i rozmnażania gatunku.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Postęp nauki.

—–

Podoba Ci się to, co czytasz? Zapisz się do naszego biuletynu, aby otrzymywać ciekawe artykuły, ekskluzywne treści i najnowsze aktualizacje.

Sprawdź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji udostępnionej przez Erica Rallsa i Earth.com.

—–