การศึกษามดจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับวิวัฒนาการของแมลงทางสังคม

Anonim

หนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ของชีววิทยาวิวัฒนาการคือสิ่งที่ทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตบางอย่างที่จะละทิ้งการดำรงอยู่โดดเดี่ยวในความโปรดปรานของการมีชีวิตอยู่ในสังคมที่มีการร่วมมือกันตามที่เห็นในกรณีของมดและแมลงที่เป็นอาณานิคมอื่น ๆ ทางสังคม ลักษณะสำคัญของสิ่งที่เรียกว่า eusocial species คือการแบ่งงานระหว่างราชินีที่วางไข่และคนงานที่ดูแลลูกและทำงานอื่น ๆ แต่อะไรคือสิ่งที่กำหนดว่าราชินีควรวางไข่และคนงานไม่ควรทำซ้ำ และความแตกต่างนี้ได้เกิดขึ้นในช่วงวิวัฒนาการอย่างไร? นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการ Dr. Romain Libbrecht ได้พิจารณาปัญหาเหล่านี้ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาและในความร่วมมือกับนักวิจัยที่ Rockefeller University ใน New York City พบว่าคำตอบที่ไม่คาดคิดอย่างสมบูรณ์คือยีนเดียวที่เรียกว่า insulin-like peptide 2 (ILP2) ซึ่งน่าจะเป็น ช่วยกระตุ้นรังไข่และกระตุ้นการสืบพันธุ์

Libbrecht ชี้ว่า "มันอาจดูเหมือนเกือบจะนึกไม่ถึงว่ายีนเพียงตัวเดียวควรสร้างความแตกต่าง นักวิจัยดึงข้อสรุปจากการเปรียบเทียบยีนจำนวน 5, 581 ยีนใน 7 สายพันธุ์ในสี่กลุ่มย่อยแตกต่างจากลักษณะอื่น ๆ แต่ในสิ่งหนึ่งที่พวกเขาทั้งหมดเหมือนกัน: มีการแสดงออกที่มากขึ้นของ ILP2 ในสมองของแมลงเจริญพันธุ์ ควีนจึงมีระดับที่สูงกว่าคนงาน การค้นพบเพิ่มเติมระบุว่าเปปไทด์นี้พบเฉพาะในสมองซึ่งผลิตในกลุ่มขนาดเล็กเพียง 12 ถึง 15 เซลล์

กองการสืบพันธุ์และการดูแลลูกเป็นพื้นฐานของการสร้างอาณานิคมของสังคม

เป็นที่ตั้งสมมติฐานว่าต้นกำเนิดของพฤติกรรมทางสังคมในแมลงจะพบได้ในบรรพบุรุษที่คล้ายกับตัวต่อที่สลับกันระหว่างการสืบพันธุ์และขั้นตอนการดูแลลูก ตัวต่อหญิงจะวางไข่และดูแลตัวอ่อนจนกระทั่งมันกลายเป็นตัวอ่อน อย่างไรก็ตามขั้นตอนทั้งสองนี้ถูกแยกออกจากกันและหน้าที่ที่เกี่ยวข้องกับบุคคลที่แตกต่างกัน ได้แก่ ราชินีและคนงานในช่วงวิวัฒนาการของความเป็นตัวตน

Libbrecht และเพื่อนร่วมงานของเขาในเมืองนิวยอร์กได้ตรวจสอบมด Ooceraea biroi เพื่อหากลไกของโมเลกุลที่เป็นส่วนหนึ่งของการแบ่งงานนี้ O. biroi เป็นสายพันธุ์ขนาดเล็กที่มีความยาวประมาณ 2 ถึง 3 มิลลิเมตรที่มาจากเอเชีย แต่มีการแผ่กระจายไปทั่วเขตร้อน แมลงอาศัยอยู่ในอุโมงค์ใต้ดินโจมตีรังของมดชนิดอื่น ๆ และเลี้ยงลูกของมัน สิ่งที่ผิดปกติเกี่ยวกับสายพันธุ์ O. biroi คือไม่มีราชินีซึ่งเป็นแรงงานหญิงเท่านั้น อย่างไรก็ตามผู้หญิงทุกคนสามารถสืบพันธุ์ได้โดยการ parthenogenesis ซึ่งหมายความว่าผู้หญิงคนหนึ่งสร้างแมลงตัวเมียอีกตัวหนึ่งเหมือนแมลงที่มีผลต่อโคลนตัวเอง และพวกเขาก็ทำตามรอบที่กำหนด: พนักงานหญิงทุกคนวางไข่ในช่วงระยะเวลา 18 วันหลังจากนั้นพวกเขาใช้เวลา 16 วันในการรวบรวมอาหารและเลี้ยงตัวอ่อน วงจรจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง

พฤติกรรมแบบวัฏจักรนี้เปรียบได้กับลักษณะของบรรพบุรุษที่เป็นเหมือนตัวต่อเดี่ยวและถูกควบคุมโดยการปรากฏตัวของตัวอ่อน เมื่อตัวอ่อนตัวแรกเข้าสู่ตอนปลายของระยะเจริญพันธุ์การแสดงตนของพวกมันจะช่วยยับยั้งการทำงานของรังไข่และกระตุ้นพฤติกรรมการดูแลลูกปลา เมื่อตัวอ่อนเริ่มงอกเมื่อสิ้นสุดระยะการดูแลลูกรังไข่กิจกรรมของรังไข่จะถูกปรับขนาดและหาทางกลับหลัง "สิ่งที่เราทำคือการทำลายวงจรนี้" Libbrecht อธิบาย นักวิจัยได้สังเคราะห์ peptide ILP2 และฉีดเข้าไปในมด ทำให้มดจะวางไข่ต่อหน้าตัวอ่อน

Libbrecht ใช้วิธีทดแทนลูกตุ้มเพื่อตรวจสอบสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อตัวอ่อนถูกนำเข้าไปในอาณานิคมในช่วงระยะเจริญพันธุ์และตรงกันข้ามเมื่อพวกเขาถูกเอาออกในช่วงระยะการดูแล brood สิ่งที่เราเห็นคือการแสดงออกของยีนในสมองมีการเปลี่ยนแปลงทั้งสองขั้นตอนและมดเปลี่ยนพฤติกรรมและสรีรวิทยาของพวกเขาไปตามนี้การตอบสนองนี้จะเกิดขึ้นในอัตราที่รวดเร็วกว่าหากเราเผชิญหน้ากับมดวางไข่ด้วยตัวอ่อน " แมลงก็หยุดวางไข่แล้วเริ่มดูแลลูก "นี่เป็นเหตุผลที่สำคัญที่สุดสำหรับการอยู่รอดก็คือการให้อาหารตัวอ่อนอย่างรวดเร็ว" เขากล่าวเสริม การทดลองนี้ยังพบว่าการแสดงออกของ ILP2 ในสมองมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและมีนัยสำคัญเมื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพสังคม

จากความไม่สมมาตรในด้านโภชนาการเพื่อไม่สมมาตรในการสืบพันธุ์

นักวิจัยยังได้พิจารณาความเกี่ยวข้องของโภชนาการซึ่งเป็นที่รู้จักกันว่ามีความสำคัญเมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างระหว่างราชินีและคนงาน ปริมาณมากหรือคุณภาพดีของโปรตีนโภชนาการช่วยในการพัฒนาตัวอ่อนตัวเมียในราชินี ในอาณานิคมของสายพันธุ์ O. biroi สัดส่วนของมดเล็ก ๆ เรียกว่า intercastes แมลงเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อยมีดวงตาและมีลักษณะสืบพันธุ์มากขึ้น ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงสามารถเปรียบเทียบได้กับบางส่วนของราชินีปกติ ความน่าจะเป็นของตัวอ่อนกลายเป็น intercaste เพิ่มขึ้นถ้าได้รับการบำรุงที่ดีขึ้น ภาพการเรืองแสงแสดงให้เห็นว่า intercastes เหล่านี้มี ILP2 มากขึ้นในสมองของพวกเขามากกว่าคนงานปกติ

"สิ่งที่เทียบเคียงได้ดีอาจเกิดขึ้นได้ในกรณีของบรรพบุรุษของแมลง eusocial" ดร. โรเมน Libbrecht แนะนำ "บางทีความไม่สมดุลเล็กน้อยเกี่ยวกับโภชนาการของตัวอ่อนทำให้เกิดความไม่สมมาตรในพฤติกรรมการสืบพันธุ์ของผู้ใหญ่ที่พัฒนาจากตัวอ่อนเหล่านั้น" สันนิษฐานว่าการแบ่งแยกราชินีและคนงานอาจเริ่มต้นด้วยความแตกต่างเพียงอย่างเดียวได้รับการสนับสนุนโดยการทดลองที่ดำเนินการในจำนวน 7 ชนิดของมดที่แตกต่างกัน

การวิจัยเพิ่มเติมจะต้องดำเนินการเพื่อตรวจสอบว่าข้อค้นพบนี้มีผลกับแมลงทางสังคมอื่น ๆ หรือไม่และอาณานิคมของมดเป็นตัวควบคุม superorganisms ที่ควบคุมปริมาณสารอาหารโดยรวมอย่างไร

menu
menu