Гены королевы определяют пол всей муравьиной колонии и позволяют производить только самцов или самок
Ученые обнаружили генетическую основу животного мира - как муравьиные королевы производят на свет выводки, состоящие исключительно из самцов или самок.
"Это странно, когда любой родитель производит потомство только одного пола или другого", - говорит энтомолог из Калифорнийского университета в Риверсайде и автор исследования Джессика Перселл.
Ученые уже давно знают, что муравьиные колонии могут специализироваться на производстве полностью мужского или полностью женского потомства. Впервые ученые Калифорнийского университета в Риверсайде обнаружили набор генов на одной хромосоме, которые связаны с этим явлением. Их открытие описано в новой статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Когда люди спариваются, оба родителя передают потомству по одной копии генома. Однако самки муравьев, как и люди и большинство других животных, несут две копии, а самцы - только одну.
"Самцы муравьев развиваются из неоплодотворенных яиц, которые откладывает их мать", - говорит эволюционный биолог и старший автор исследования Алан Брелсфорд. "Поэтому у самцов муравьев, а также пчел и ос, генетически есть мать, но нет отца"
Перселл и Брелсфорд нашли образцы для исследования в 2016 году во время путешествия по сбору и изучению муравьев от Риверсайда до самого Полярного круга. На севере Канады, на территории Юкона, они обнаружили более 100 колоний двух видов муравьев Formica.. Вернувшись в Риверсайд, докторант экологии Герман Лагунас-Роблес проанализировал геномы этих муравьев, ища различия между колониями, производящими самцов и самок.
Во время брачного полета королева спаривается, приземляется, отгрызает себе крылья и ищет место для норы. В этой норе она откладывает около дюжины яиц, из которых потом вырастает первый выводок рабочих муравьев. Эти рабочие муравьи всегда самки, но они не размножаются. После созревания рабочие берут на себя добычу пищи, а королева продолжает размножаться, откладывая сотни яиц в день.
В то время как самцы живут всего несколько часов после спаривания, королева сохраняет их сперму и может использовать ее в течение следующего десятилетия для производства нового потомства. Большинство молодых особей в муравьиной колонии - бескрылые рабочие, но в зрелых колониях королевы также производят потомство, способное летать.
Хотя исследователи обнаружили гены, связанные с полом потомства, генетика может быть не единственным способом, с помощью которого королевы могут влиять на пол своих колоний. Они могут решить не использовать свою сперму, что приведет к появлению муравьев-самцов. Рабочие также могут манипулировать соотношением полов в колонии, не кормя или избирательно убивая определенных личинок. Другие исследования зафиксировали, что наличие пищи также влияет на пол муравьиной колонии.
"Когда на колонию сбрасывается дополнительная пища, она производит меньше самцов", - сказал Брелсфорд. Исследовательская группа хочет провести дополнительные исследования, чтобы узнать, когда гены или факторы окружающей среды играют большую роль в определении пола потомства.
Команда также хочет изучить, как эти гены работают в различных условиях окружающей среды. Такие подробности могут в конечном итоге помочь сохранить полезных местных североамериканских муравьев. Брачные полеты, как правило, совпадают с определенными сезонами и температурами. Изменение климата может повлиять на доступность пищи, сроки размножения и в целом нарушить соотношение полов в популяции.
В отличие от своих инвазивных, неместных надоедливых родственников, эти виды редко беспокоят человека и выполняют важные экологические функции.
"Муравьи действительно являются неотъемлемой частью экосистем как одни из самых распространенных насекомых", - говорит Перселл. "Садоводы, как правило, любят дождевых червей, но муравьи делают похожие вещи для укрепления здоровья почвы".
