Cercetătorii au descoperit o strategie de supraviețuire neobișnuită la furnicile secerătoare iberice, care răstoarnă complet principiile biologiei de bază: reginele pot produce ouă care se dezvoltă în două specii diferite de furnici.
O echipă a descoperit această trăsătură reproductivă bizară în timp ce încerca să rezolve misterul unei specii de furnici dispărute. Datele preliminare păreau să arate că furnicile secerătoare iberice, sau Messor ibericus, creau furnici lucrătoare hibride prin reproducerea cu o altă specie de furnici secerătoare numită Messor structor în regiunea mediteraneană, relatează edition.cnn.com.
Dar exista o problemă. Insula italiană Sicilia, unde a fost găsită colonia de furnici secerătoare iberice, se află la aproximativ 1.000 de kilometri (621 mile) distanță de cea mai apropiată populație cunoscută de Messor structor, a spus Jonathan Romiguier, cercetător senior la Universitatea din Montpellier, Franța, și autor principal al unui studiu publicat pe 3 septembrie în revista Nature, care detaliază metoda de reproducere a Messor ibericus.
„Aveam o bănuială puternică că ceva era foarte neobișnuit la această specie, dar, sincer să fiu, eram departe de a ne imagina cât de neobișnuită era de fapt”, a spus Romiguier. „Acest paradox ne-a determinat să investigăm cazul mai îndeaproape.”
Studiind peste 120 de populații de furnici din toată Europa, secvențiind genomul a sute de furnici și efectuând experimente de laborator timp de cinci ani, echipa a ajuns la o descoperire mai ciudată decât ficțiunea, observând două specii diferite de furnici, una păroasă și una practic fără păr, ieșind din ouăle depuse de o singură regină.
Cercetătorii au descoperit că ouăle reginelor furnicilor iberice se dezvoltă diferit în funcție de faptul dacă regina are nevoie de parteneri pentru a produce viitoare regine furnici iberice sau o forță de muncă hibridă care constituie 99% din colonie.
Descoperirile schimbă modul în care oamenii de știință înțeleg reproducerea furnicilor, arătând că furnicile pot produce indivizi din altă specie ca parte a ciclului lor de viață.
Unde s-au separat două specii de furnici
Jessica Purcell, profesor asistent în cadrul departamentului de entomologie al Universității din California, Riverside, a întâlnit furnici secerătoare iberice în timp ce studia alte specii de furnici în Italia. Purcell nu a fost implicată în noul studiu, dar a scris un articol care însoțește cercetarea.
„Furnicile culegătoare colectează semințe de la o varietate de plante și le aduc înapoi în colonia lor”, a spus ea. „Multe specii taie plantele aproape de intrările în cuiburile lor, astfel încât să aibă cercuri fără vegetație în jurul cuiburilor, iar apoi poate exista un inel de vegetație densă sau neobișnuită dincolo de acea graniță. Acest lucru conferă un aspect distinctiv exteriorului cuiburilor.”
Messor ibericus și Messor structor au aparținut cândva aceleiași specii, care s-a divizat în urmă cu peste 5 milioane de ani, potrivit autorilor studiului. Chiar și după divizare, cele două specii au continuat să trăiască în aceeași zonă geografică din Europa. În unele părți ale continentului, cum ar fi estul Franței, speciile trăiesc încă în proximitate una față de cealaltă.
La un moment dat, probabil cu câteva milioane de ani în urmă, reginele furnicilor iberice au pierdut capacitatea de a produce propriile furnici lucrătoare, care sunt femele. Cercetătorii nu au descoperit încă de ce s-a întâmplat acest lucru, dar acest fapt a determinat reginele să se împerecheze cu populații din apropiere de furnici Messor structor pentru a crea o forță de muncă care era un hibrid al celor două specii.
„Bănuim că acest lucru provine dintr-un conflict evolutiv între regine și larve, în care un element genetic așa-numit „egoist” influențează dezvoltarea larvelor pentru a deveni regine, asigurând astfel transmiterea sa către generația următoare (deoarece reginele se reproduc, în timp ce lucrătoarele sunt în mare parte sterile)”, a scris Romiguier într-un e-mail.
Furnicile secerătoare iberice depindeau atunci de furnicile Messor structor pentru supraviețuirea lor, forțând reginele să vâneze masculii unei alte specii, fenomen cunoscut sub numele de parazitism spermatic.
În loc să se confrunte cu o astfel de problemă care consuma mult timp, furnicile secerătoare iberice au apelat la o altă strategie de reproducere: clonarea spermei furnicilor Messor structor, un fenomen numit domesticire sexuală, au afirmat autorii studiului. Oamenii de știință nu au observat încă această practică la niciun alt animal.
„La fel ca omenirea care a domesticit animalele, ele au ajuns să controleze reproducerea acestor masculi pe care odată îi exploatau în sălbăticie”, a spus Romiguier. „Această domesticire a masculilor a devenit posibilă datorită capacității lor de a clona un mascul dintr-o altă specie folosind doar sperma acestuia.”
De-a lungul generațiilor, furnicile culegătoare iberice au reușit să mențină o linie genealogică de furnici masculi clonate Messor structor în cuibul lor, eliminând necesitatea de a trăi în aceeași zonă geografică cu alte specii și ducând la apariția a milioane de furnici lucrătoare hibride invazive care au construit colonii în întreaga zonă mediteraneană.
Furnicile iberice culegătoare sunt exemple ale unui nou mod de reproducere numit xenoparous, unde xeno- înseamnă „străin, ciudat sau diferit”, iar -parous înseamnă „a produce, a da naștere, a naște”, a spus Romiguier.
„Dincolo de furnici, acest lucru arată pentru prima dată evoluția xenoparității, care este nevoia de a propaga genomul unei alte specii prin intermediul propriilor ouă”, a spus Romiguier.
O surpriză genetică
Secvențierea genomului furnicilor a permis cercetătorilor să determine că singurele furnici secerătoare iberice „pure” erau reginele și masculii care se pot împerechea pentru a produce viitoare regine. Alte ouă de furnici secerătoare iberice fertilizate cu spermă Messor structor au dat naștere la lucrătoare hibride.
Când cercetătorii au studiat modul în care reginele furnicilor culegătoare iberice erau capabile să producă furnici Messor structor, au descoperit că reginele clonau materialul genetic al masculilor din sperma stocată în propriile corpuri. Cumva, regina poate șterge propriul ADN nuclear și poate produce descendenți care se bazează aproape în totalitate pe ADN-ul spermei.
Cu toate acestea, acești masculi arată diferit de masculii Messor structor produși de reginele Messor structor și au mitocondrii care conțin ADN Messor ibericus, deși acesta reprezintă mai puțin de 0,01% din materialul genetic, potrivit studiului.
Descendenții clonați sunt considerați clone adevărate datorită asemănării genetice strânse cu tatăl lor, a spus Romiguier.
De-a lungul a milioane de generații, genomul unui clon poate acumula unele mutații și poate diferi din ce în ce mai mult de la primul clon original, a adăugat el.
„Este recunoscut pe scară largă faptul că clonarea se referă în esență la copierea genomului nuclear”, a spus el.
Două specii dintr-o singură mamă
Echipa a crescut colonii de furnici iberice în cuiburi artificiale în laboratorul său. După ce le-au monitorizat timp de doi ani, cercetătorii au observat direct nașterea a două specii diferite de masculi cu genomi distincte dintr-o singură regină.
Doi masculi Messor structor care au eclozat erau fără păr, în timp ce trei masculi Messor ibericus erau acoperiți cu păr. La furnici, părul este unul dintre criteriile care ajută la diferențierea speciilor.
În viitor, echipa intenționează să investigheze mecanismul celular exact care duce la clonarea între specii pe care o realizează reginele furnicilor iberice.
„În prezent, știm că materialul genetic al mamei este eliminat din ovul la un moment dat, lăsând în embrion doar materialul genetic al bărbatului străin”, a spus Romiguier. „Cu toate acestea, încă nu știm cu precizie cum sau când este eliminat acest material genetic matern.”
Înțelegerea procesului natural de clonare la furnici ar putea oferi informații utile pentru oamenii de știință care încearcă să inducă clonarea artificială la alte specii, a spus el.
Deși descendenții hibrizi și androgeneza, sau reproducerea în care materialul genetic provine exclusiv de la mascul, au fost studiate la alte furnici, combinația celor două la această furnică este surprinzătoare, a spus dr. Jacobus J. Boomsma, profesor de ecologie și evoluție la departamentul de biologie al Universității din Copenhaga, Danemarca. Boomsma nu a participat la noul studiu.
Boomsma a spus că orice trăsături au dezvoltat furnicile sunt adaptări determinate de selecția naturală, iar crearea de muncitori hibrizi mai adaptați a oferit un avantaj competitiv, permițând furnicilor iberice să-și extindă aria de răspândire.
„Apoi, după ce s-au răspândit departe de masculii naturali ai speciei Messor structor, reginele Messor ibericus au evoluat pentru a clona acești masculi străini din proprie inițiativă”, a scris Boomsma într-un e-mail. „Acest lucru a stabilizat sistemul, dar cu prețul pierderii majorității variațiilor genetice. Așadar, pe termen lung (câteva milioane de ani), această furnică va dispărea probabil (așa cum se întâmplă cu aproape toate speciile asexuate).”
Purcell a calificat descoperirea ca fiind nouă, menționând că, deși există deja sisteme de împerechere cunoscute și neobișnuite la furnici, furnicile secerătoare iberice se numără printre cele mai ciudate — și prezintă mai multe mistere care încă nu au fost înțelese.
„Stabilirea ordinii precise a evenimentelor din tractul reproductiv feminin și a măsurii în care regina poate controla rezultatul pentru fiecare ou (de exemplu, un ou fertilizat va deveni o lucrătoare sau codul ei genetic va fi eliminat pentru a produce un mascul?) este una dintre numeroasele direcții posibile de studiu în viitor în acest sistem uimitor”, a scris Purcell într-un e-mail. „Aștept cu nerăbdare să văd ce vor aborda Jonathan Romiguier și echipa sa în continuare!”
Comentează