Уникальный образ жизни и ограниченные ресурсы привели к формированию социального поведения у термитов.

Новости МирТесен

Международные генетики установили, что основными причинами перехода тараканов от одиночного образа жизни к общественному, как у термитов, являются изменение рациона питания на мертвую древесину и моногамность. Анализ геномов выявил, что насекомым потребовалось уменьшить размер генома, отказаться от борьбы между самцами и освоить управление развитием потомства посредством изменения метаболизма.

С точки зрения биологии термиты относятся к отряду общественных насекомых, близких к тараканам. Однако детали эволюции, благодаря которым они перешли от всеядности и одиночного образа жизни к созданию сложных гнезд, до сих пор остаются не совсем понятными. В отличие от пчел, где касты формируются на стадии куколки, развитие термитов происходит более постепенно. Исследователям необходимо было установить, какие конкретно генетические изменения побудили личинок отказаться от собственного размножения в пользу заботы о колонии.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, после проведения анализа геномов восьми видов удалось создать эволюционную цепочку, прослеживающуюся от обычных тараканов к более развитым видам термитов. Значительный интерес вызывает реликтовый таракан Cryptocercus. Этот вид насекомых характеризуется полусоциальным поведением и образует семьи, живущие в трухлявых бревнах. Кроме того, исследователи сопоставили активность генов на различных этапах развития, стремясь выявить молекулярные признаки приспособления к измененному питанию и образу жизни.

Исследование показало, что социальное взаимодействие явилось реакцией на нехватку ресурсов. Использование древесины в качестве пищи (обеспечивающей крайне низкое содержание питательных веществ) повлекло за собой необходимость существенной адаптации организма.

В процессе эволюции происходило избавление от избыточных элементов. Геном термитов уменьшился почти в два раза по сравнению с геномом таракана (от приблизительно 26 000 до 14 800 генов). Пребывание в защищенном гнезде и передача функции переваривания пищи кишечным симбионтам позволили отказаться от обширных групп генов, ответственных за защиту от пищевых отравлений и острое зрение.

Исследователи получили молекулярные доказательства того, что основой существования колонии была абсолютная моногамия. У термитов были идентифицированы отсутствующие гены семейства Cfap, которые обычно определяют подвижность сперматозоида. Так как самка в течение всей жизни спаривалась лишь с одним самцом, конкуренция спермы прекратилась, и половым клеткам больше не требовалось способности к передвижению. Это способствовало поддержанию высокого генетического сходства среди всех членов колонии.

Для обеспечения высокой активности рабочих особей при ограниченном питании, термиты повысили активность генов, отвечающих за клеточное дыхание (OXPHOS). У тараканов Cryptocercus метаболизм идет очень медленно из-за низкой питательной ценности трухлявого пня. Таракан научился выживать, но растет крайне медленно: личинка растет до взрослой особи шесть лет.

У термитов гены, контролирующие обмен веществ, функционируют с высокой скоростью. Такая особенность стала возможной благодаря их социальному образу жизни и предоставила им механизм регулирования: избыточное питание личинки провоцирует гормональную реакцию, которая подавляет развитие крыльев и половой системы, но ускоряет физический рост, формируя рабочего. В отношении будущих маток, напротив, на начальных этапах ограничивается доступ к питательным веществам, что позволяет им сохранить способность к воспроизводству.

Исследование показало, что эусоциальность термитов развилась как механизм, обеспечивающий выживание в условиях ограниченности ресурсов. Строгие экологические условия и отказ от полового размножения в пределах гнезда побудили этих насекомых сформировать единый суперорганизм, в котором индивидуальная генетическая вариативность была подчинена коллективной продуктивности.