Ez a „haszontalan” szerv határozza meg, hogy melyik hangyák nőnek nagy katonákká

A hangya kolóniák meglepő kollektív tulajdonságokat fejlesztettek ki a 150 millió év alatt, vagy úgy, hogy feltérképezték a Földet. A tűz hangyák összekapcsolódnak például ijesztően hatékony tutajok készítésére, és úgy tűnik, hogy egyes hadsereg hangyák ösztönösen tökéletesen hatékony hangyahidakat építenek az ételek gyűjtésére.

Úgy tűnik, hogy ezek a rovarok képesek is ellenőrizni a populációjukat, fenntartva a katonák és a munkások meghatározott arányát. Az ilyen hangya kasztrendszerek kialakulása rejtély rejlik az entomológusok számára, ám a Natureben ma közzétett tanulmány rámutat arra, hogy akár egy hangya katonává nőhet, akár egy munkásnak köze van egy szervhez, amelyet hosszú ideje gondoltak haszontalanul - szárnykorongokkal.

"Ezek a kasztrendszerek a fenotípusos evolúció egyik legfontosabb megmagyarázhatatlan jelensége" - mondja Scott Powell, a washingtoni George Washingtoni Egyetem antikbiológusa. "Ez a tanulmány valóban meghatározza a fő mögöttes ellenőrző központot, amely ezeket a kasztokat előállítja."

A szárnykorongok, az apró sejttasakok szándéka szerint szárnyak lesznek egy királynőn, ám a lárvákban növekednek, majd a metamorfózis során meghalnak, hogy szárny nélküli katonákat készítsenek. A tanulmány kimutatja, hogy ezek a kezdetleges szárnytárcsák végül nem annyira primitívek, hanem inkább befolyásolják a hangya lárvák fejlődését.

"A munka nagyon fontos pontja az, hogy a rudimentáris szervek és a vestibiális struktúrák, amelyekről régóta úgy gondolták, hogy nem működnek, valóban jelentős jelző szerepet játszhatnak a fejlesztés során" - mondja Ehab Abouheif, a McGill Egyetem evolúciós fejlődési biológusa, a új tanulmány. (Jogi nyilatkozat: A közzétételt megelőzően beszéltem Abouheif-rel a kutatásairól, és ő bevonott engem a cikk elismeréseibe.)

A fejlődő katona lárvák nagy, kezdetleges szárnytárcsákat állítanak elő, míg a munkások lárvái nem. A korábban azt gondoltak, hogy egyszerűen csak elhalnak a metamorfózis során, a szárnytárcsák nyilvánvalóan befolyásolják más testrészek növekedését.

"A [szárnyas tárcsák] meglehetősen nagyok lesznek - ez valamiféle meglepő" - mondja Diana Wheeler, az Arizonai Egyetem antikbiológusa, aki az 1980-as évek óta tanulmányozta a hangya kaszt meghatározását. „Ez nyilvánvalóan nem valami olyan, amelyet az evolúció csak elfelejtett megszabadulni. Úgy tűnik, valami célra használják fel. ”

A hangya lárvák szárnytárcsainak látszólagos funkciója jelentős hatással van a rovar evolúciós történetére. A korai hangyák kolóniákat hoztak létre szárnyas királynővel és szárny nélküli munkás kaszttal, majd később, több független vonalban, a munkás kaszt tovább differenciálódott subkasztákba. A Pheidole-ban , egy hiperdiverzális nemzetségben, amely több mint 1000 hangyafajt tartalmaz, a munkás kaszt kiskorú munkavállalókra és katonákra oszlik. A katonák aránytalanul nagy fejekkel rendelkeznek, amelyeket védelemre és vetőmag-feldolgozásra használnak, míg a kiskorú munkavállalók a kolónia 90–95% -át teszik ki, és olyan feladatokat látnak el, mint a szarvastenyésztés és takarmányozás.

A 1980-as évek Wheeler tanulmányai azt mutatták, hogy a pheidole hangyák szabályozzák a kiskorú munkavállalók és katonák arányát a kolóniában. Ennek a szabályozásnak az egyik módja egy gátló feromon - egy kutikáris szénhidrogén - révén, amelyet a katonák készítenek és elnyomják a katona fejlődését a lárvákban, ha a katonák meghaladják a kolónia lakosságának körülbelül öt százalékát.

A szárnyas korongok és a katona alkészlet közötti kapcsolat vizsgálata céljából Abouheif és csapata lecsökkent egy vestigiális nevű gént, melynek eredményeként a szárnykorong-sejtek a fejlődés korai szakaszában elpusztulnak. A katona-célú lárvákban a vestigial leütése csökkentette az állatok fej- és testméretét, kiskorú munkavállalókat eredményezve, míg a vestibiális leütése kiskorú munkavállalókban nem eredményezett hatást.

A csapat ezután katonákra szánt lárvákat emelt felnőtt lakosságával, 100% -ban kiskorú dolgozókkal vagy 100% katonákkal. 100% -kal kiskorú munkavállalókkal a kolóniában a lárvák katonákat készítettek. De 100 százalékos katonákkal, amelyek a kutikuláris szénhidrogén feromonot adták ki, a lárvák kezdetleges szárnykorong-mérete jelentősen csökkent és kisebb fejjel és testtel rendelkező felnőtt hangyákat hoztak létre.

Természetesen az a tény, hogy a szervek befolyásolják más szervek fejlődését a testben, nem újdonság. A rovarokkal végzett korábbi kísérletek bebizonyították, hogy a fejlődő szárnyak versenyeznek például a tápanyagok és a növekedési faktorok miatt. A fejlődő szárny sérülése olyan jeleket hozhat, amelyek késleltetik a fejlődést az egész testben, lehetővé téve a lemez számára, hogy helyreálljon, és így a növekedés megfelelően koordinált módon folytatódjon.

Ami a legmeglepőbb, az első szerző Rajendhran Rajakumar szerint az, hogy ahelyett, hogy versenyben lenne, a kezdetleges szárny valójában elősegíti a fej növekedését a katona alkészletben. Még ennél is meglepőbb az a tény, hogy ez a szövet valójában nem alakul ki a felnőttekben. Ez kezdetleges, ezért valóban nem számítottuk arra, hogy olyan eredményeket találjunk, amelyeket zavartan végeztünk ”- mondja Rajakumar, aki a McGill-i Abouheif laboratóriumában dolgozott, és most a Harvard kutatója.

A hangyák ellentétben állnak más társadalmi rovarokkal, például méhekkel és darazsakkal, amelyek nem fejlesztették ki a munkavállalói polimorfizmusokat. A királynőnek és a munkás méheknek szárnyak vannak, és „ha olyan szárnyat készít, amelynek repülnie kell, akkor nem igazán tudsz játszani a növekedésével, tehát ezeknek a korongoknak a növekedése nagyon korlátozott” - magyarázza Abouheif. Ez megmagyarázhatja, hogy a munkavállaló méhek, a hangyákkal ellentétben, soha nem differenciálódtak tovább subcastokba.

Nem sok ismert példa található az evolúciós innovációt vezérlő alvásznos vagy vestigiális szervekre. A szárnyas korongok kivételével egy másik érdekes lehetőség a lárva mézelő méhsejt petefészke, amely olyan nagy, mint egy királynéé a fejlődés korai szakaszában. Nem világos, hogy a lárva-méhek dolgozóinak miért van szüksége petefészekre, mivel soha nem szaporodnak - mondja Mary Jane West-Eberhard, a Smithsonian Trópusi Kutatóintézet evolúciós fejlődési biológusa.

"Tehát a kérdés az lenne: fontos a normál munkavállalói fejlődés szempontjából, hogy a petefészek jelen legyen a korai lárvában?" - kérdezi. Csak a jövőbeli vizsgálat fogja mondani.

"Remélem, hogy ez a munka arra készteti az embereket, hogy másképp nézzék meg, mit gondolnak a vestigiális szervekről, és megpróbálják megfigyelni, hogy mit csinálnak ezek a dolgok, ahelyett, hogy elbocsátanák őket mint egy maradék dolgot" - mondja Abouheif. "Azt hiszem, valójában sokkal nagyobb szerepet játszanak, mint gondoltuk korábban."