Муравьиные матки используют клонирование самцов другого вида для спаривания со своими дочерьми.

Новости МирТесен

Иберийские муравьи-жнецы демонстрируют уникальную особенность: королевы не только обеспечивают воспроизводство своего вида, но и посредством клонирования создают самцов другого вида. Эти «пришельцы» впоследствии становятся отцами всех рабочих особей в колонии. Ученые давно были осведомлены об этом муравьином парадоксе, который переворачивает общепринятые взгляды на размножение и выживание муравьиных колоний, однако не хватало информации для его детального изучения. Теперь необходимые данные собраны.

Во время экспедиции на итальянский остров Сицилия биологи во главе с Джонатаном Ромигье обнаружили ( Jonathan Romiguier) из Университета Монпелье во Франции изучила иберийских муравьев-жнецов (Messor ibericus) и было выявлено необычное явление. Оказалось, что во всех колониях рабочие муравьи — стерильные самки, чья продолжительность жизни варьируется от нескольких недель до нескольких лет, являлись гибридами. Около половины их ДНК совпала с ДНК степного муравья-жнеца (Messor structor), то есть с представителем другого вида.

По мнению Ромигье и его соавторов, наиболее вероятным сценарием было рождение самок от самцов Messor structor, которые появились на свет после соединения их «отцов» и королевы Messor ibericus. Межвидовое скрещивание происходит у некоторых других видов муравьев, но пока ученые не знают почему. Существует два наиболее вероятных объяснения. Первое — гетерозис, в некоторых случаях скрещивание двух тесно связанных видов приводит к появлению потомства, которое обладает повышенной жизнеспособностью и здоровьем.

Возможно, альтернативное объяснение кроется в особенностях генетического профиля Messor ibericus. При размножении королевы с самцами своего вида, все её потомки превращаются в новых королевей. Рабочие особи не формируются, и без них колония не сможет выжить. Скрещивание с особями другого вида может служить эволюционным способом преодоления этого ограничения.

Но загадка в том, что колонии Messor ibericus встречаются и в регионах, где Messor structor вовсе не живут. Например, на той же Сицилии. И все же там в гнездах исследователи находили странных самцов без волосков на теле, похожих на Messor structor. Как такое возможно?

Понять суть парадокса позволило генетическое исследование «чужаков». Ромигье и его соавторы изучили митохондриальную ДНК этих самцов — небольшой фрагмент генома, передаваемый исключительно по материнской линии. Выяснилось, что она принадлежала виду Messor ibericus. Это могло значить лишь одно: самцы происходили от матери Messor structor была королева Messor ibericus.

Для проверки выдвинутой гипотезы ученые провели исследование, включив в него около 50 колоний иберийских муравьев-жнецов, за которыми два года наблюдали в лабораторных условиях. Получение самцов в неволе представляет собой весьма непростую задачу. Тем не менее, исследователям удалось добиться успеха, когда в лаборатории появились три гибридных самца. Это послужило подтверждением: королева Messor ibericus действительно способна производить на свет самцов двух видов — своего и чужого.

Как осуществляется оплодотворение, учитывая отсутствие живых особей другого вида в исследуемых колониях? Наиболее вероятным объяснением является клонирование «чужаков» из спермы Messor structor, хранящейся в специализированном органе, называемом сперматекой.

Яйцо королевы несет в себе ее генетический код. В случае отсутствия оплодотворения сперматозоидом, из него формируется самец Messor ibericus, если оплодотворено — самка (будущая королева). Это означает, что самцы своего вида наследуют гены исключительно от матери, без генетического вклада со стороны отца, в то время как самки формируются при участии отца. Первый способ размножения называют гаплодиплоидным.

Если в прошлом королева Messor ibericus спарилась с самцами своего вида и Messor structor, в ее сперматеке хранятся два вида спермы: «собственная» (от Messor ibericus) и «чужая» (от Messor structor). Когда королева производит на свет самца Messor structor, она использует сперму, не принадлежащую ей. Однако она не использует ее для оплодотворения, а применяет как носитель генетического материала для создания клона. Вместо оплодотворения происходит замена генетической информации яйцеклетки генетическим материалом сперматозоида.

Сперматозоид Messor structor, по всей видимости, полностью уничтожает или деактивирует ядерную ДНК яйцеклетки королевы. Затем ДНК самца Messor structor, для формирования эмбриона используется специальный механизм. В яйце от королевы-матери сохраняется лишь митохондриальная ДНК. В итоге получается копия (клон) самца, так как воспроизводятся гены отца, а генетический вклад матери незначителен.

Благодаря этому механизму обеспечивается выживание всей колонии. Королевы откладывают яйца, из которых появляются два типа репродуктивных самцов. Ее дочери, которые впоследствии становятся королевами, спариваются с представителями своего вида, Messor ibericus, для воспроизводства нового поколения маток используются специальные технологии. А чтобы сформировать армию рабочих, особи женского пола применяют самцов, являющихся генетическими копиями Messor structor. Их сперма способна давать жизнеспособное гибридное потомство, необходимое для рабочей силы, а также генерировать новых клонированных самцов Messor structor для будущих поколений.

В природе известны случаи, явление, при котором сперма самца одного вида проникает в яйцеклетку самки другого вида и приводит к рождению гибридного потомства, можно назвать обманом. Однако такой способ размножения приносит пользу исключительно самцу. В случае иберийских муравьев-жнецов ситуация иная: для них характерен симбиотический способ существования.

Колония не может существовать без клонированных самцов, поскольку они необходимы для поддержания жизнедеятельности, а самцы, в свою очередь, зависят от королевы для воспроизводства. Помимо этого, «чужаки» выживают и находятся под защитой благодаря гибридным рабочим, которые обеспечивают питание и охраняют всех членов колонии. И еще важный момент: нет никаких доказательств, что клоны Messor structor когда-либо спаривались с самками своего вида, то есть они не возвращаются к «родной» половой репродукции.

Поскольку клоны Messor structor не получают новых генов извне, они накапливают опасные мутации. Это делает всю линию уязвимой и в долгосрочной перспективе может привести к ее вырождению. Однако пока механизм работает. Колонии Messor ibericus успешно распространяются по Средиземноморью, занимая даже те регионы, где Messor structor ранее не встречался.

Результаты исследования представлены в журнале Nature.