https://frosthead.com

Този „безполезен“ орган определя кои мравки растат в големи войници

Колониите на мравки са развили някои изненадващи колективни черти през 150 милиона години или така, че са обхождали Земята. Огнените мравки се свързват заедно, за да направят плашещо ефективни салове, например, а някои армейски мравки изглежда инстинктивно изграждат перфектно ефективни мостове за мравки за събиране на храна.

Тези насекоми също изглежда имат способността да контролират популациите си, поддържайки зададено съотношение на войниците към работниците. Как са станали такива кастови системи за мравки, е нещо загадка за ентомолозите, но проучване, публикувано в Nature днес, разкрива, че дали мравката прераства във войник или работник, има общо с орган, който дълго време се смяташе за безполезен - крило дискове.

„Тези кастови системи са едно от основните необясними феномени на фенотипната еволюция“, казва Скот Пауъл, биолог на мравки от университета Джордж Вашингтон във Вашингтон, „Това проучване наистина идентифицира основния основен контролен център, който произвежда тези касти.“

Крилете дискове, малки торбички от клетки, са предназначени да станат крила на кралица, но те растат в ларвите и след това умират по време на метаморфоза, за да произведат войници без крила. Проучването показва, че тези рудиментарни дискове с крило в крайна сметка не са толкова рудиментарни, а влияят по-скоро на развитието на ларвите на мравките.

„Истинският важен момент за тази работа е, че рудиментарните органи и вестигиалните структури, за които се смята, че нямат функция, всъщност могат да имат основни сигнални роли по време на развитието“, казва еволюционният биолог на развитието Ехаб Абухеф от университета Макгил, старши автор на ново проучване. (Отказ от отговорност: Говорих с Абухеф за неговите изследвания преди публикуването му и той ме включи в признанията на вестника.)

Развиващите се ларви на войници произвеждат големи, рудиментарни дискове с крило, докато ларвите на работниците не го правят. Досега се смяташе, че просто отмива по време на метаморфоза, криловите дискове очевидно имат някакво влияние върху растежа на други части на тялото.

„[Дисковете на крилата] стават доста големи - това е някак изненадващо“, казва Даяна Уилър, биолог на мравки в Университета в Аризона, която изучава определянето на мравки от 1980 г. „Явно не е нещо, от което еволюцията просто е забравила да се отърве. Изглежда, че се използва за нещо. "

Очевидната функция на крилата на дисковите ларви на мравки има значително значение за еволюционната история на насекомото. Ранните мравки произвеждали колонии с крилата кралица и безкръвна работническа каста, а впоследствие в няколко независими родове работническата каста станала допълнително диференцирана в подкасти. В Pheidole, хипердиверсионен род, който включва повече от 1000 вида мравки, работната каста е разделена на непълнолетни работници и войници. Войниците имат непропорционално големи глави, които използват за отбрана и обработка на семена, докато непълнолетните работници съставляват 90 до 95 процента от колонията и изпълняват задачи като отглеждане на разплод и изхранване.

Мравка <i> Pheidole, снимана в Канбера, Австралия. Мравка Pheidole, снимана в Канбера, Австралия. (Steve Shattuck / Wikimedia Commons CC 3.0)

Проучванията на Уилър от 80-те години на миналия век показват, че мравки Pheidole могат да регулират дела на непълнолетните работници и войници в колонията. Един от начините, по които тази регулация работи е чрез инхибиторен феромон - кутикуларен въглеводород - направен от войниците, който потиска развитието на войниците при ларвите, ако войниците надхвърлят приблизително пет процента от населението на колонията.

За да проучат връзката между криловите дискове и войнишкия подкаст, Абухейф и неговият екип унищожават ген, наречен вестигиален, който кара клетките на криловите дискове да умират много рано в развитието си. Събарянето на вестигиалите при ларвите, предназначени за войници, намалява размера на главата и размера на тялото на животните, произвеждайки непълнолетни работници, докато събарянето на вестигиалите при непълнолетните работници не дава ефект.

След това екипът отглежда ларви, предназначени за войници, с възрастни популации от 100 процента малолетни работници или със 100 процента войници. Със сто процента непълнолетни работници в колонията ларвите произвеждали войници. Но със 100 процента войници, раздавайки кутикуларен въглеводороден феромон, размерът на рудиментарния диск на ларвите значително намалява и произвежда възрастни мравки с по-малки глави и тела.

Разбира се, фактът, че органите влияят върху развитието на други органи в тялото, не е нов. Предишни експерименти с насекоми показаха, че развиващите се крила се конкурират например за хранителни вещества и растежни фактори. Увреждането на развиващо се крило може да генерира сигнали, които забавят развитието в цялото тяло, което позволява на диска да се възстанови, така че растежът да може да продължи по правилно координиран начин.

Това, което тук е поразително, според първия автор Rajendhran Rajakumar, е, че вместо да се състезава, рудиментарното крило всъщност насърчава растежа на главата в войнишкия подкаст. „Още по-изненадващо е, базирайки се на факта, че тази тъкан всъщност не се образува при възрастните. Това е рудиментарно, така че всъщност не очаквахме да намерим вида на резултатите, които направихме, когато го смутихме “, казва Раякумар, който е работил в лабораторията на Абухеф в МакГил и сега е изследовател в Харвард.

Мравките контрастират с други социални насекоми като пчели и оси, които не са се развили работнически полиморфизми. Всички пчели на кралици и работници имат крила и „ако правите крило, което трябва да лети, всъщност не можете да си играете много с растежа му, така че растежът на тези дискове е много ограничен“, обяснява Абухеф. Това може да обясни защо пчелите работници, за разлика от мравките, никога еволюционно не се диференцират допълнително в подкасти.

Не са много известните примери за рудиментарни или вестигиални органи, движещи еволюционните иновации. Освен дисковете на крилата, друга интригуваща възможност е яйчникът на работник с пчелна ларва, който е толкова голям, колкото този на кралица в ранните етапи на развитие. Не е ясно защо работниците на пчелните ларви се нуждаят от яйчници, тъй като те никога няма да се размножават, казва Мери Джейн Уест-Еберхард, биолог на еволюционното развитие в Смитсънския тропически изследователски институт.

„Така че въпросът би бил: важно ли е за нормалното развитие на работниците яйчникът да присъства в ранна ларва?“, Пита тя. Само бъдещото разследване ще каже.

„Надявам се, че тази работа ще накара хората да погледнат по различен начин на това, което мислят за вестициалните органи, и че се опитват да проучат какво точно правят тези неща, вместо просто да ги отхвърлят като нещо, което остава“, казва Абухейф. "Мисля, че всъщност играят много по-големи роли, отколкото сме мислили преди."

Този „безполезен“ орган определя кои мравки растат в големи войници