Муравьиные колонии с большим генетическим разнообразием выращивают больше потомства

Колонии муравьев с более высоким уровнем генетического разнообразия развиваются лучше, чем те, что состоят из особей со схожим генетическим фоном. К такому выводу пришли исследователи в ходе экспериментального исследования, сравнившего различные колонии черного садового муравья (Lasius niger).

"Мы предполагаем, что повышенное разнообразие приводит к более эффективному распределению задач среди рабочих особей, что улучшает общую производительность колонии", — пояснил руководитель исследования доктор Роман Либбрехт из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU). Колонии, в которых муравьи сильнее отличаются друг от друга, выращивают больше личинок до зрелости, чем колонии, состоящие из близкородственных особей. Результаты могут объяснить, почему в некоторых сообществах насекомых могли развиться необычные явления, такие как многократное спаривание маток или наличие нескольких маток в одной колонии одновременно. Это встречается не только у муравьев, но и у многих других видов эусоциальных насекомых.

Эусоциальные насекомые часто генетически близки друг другу

В животном мире генетическое родство играет центральную роль в эволюции альтруистического поведения. У общественных насекомых, таких как муравьи, пчелы и осы, рабочие самки отказываются от собственного размножения, чтобы помогать выращивать потомство матки. Это репродуктивное разделение труда эволюционировало в условиях тесного генетического родства, поскольку матки обычно оплодотворяются одним самцом, и все последующее потомство является результатом этого единственного спаривания. "Колонии большинства видов эусоциальных насекомых характеризуются близким генетическим сходством, предположительно потому, что это облегчает сотрудничество", — отметил Либбрехт.

Однако существуют и другие стратегии. Например, матка медоносной пчелы может спариваться с 20 трутнями, а в одном гнезде аргентинского муравья (Linepithema humile) может быть до 60 маток. "Однако за выбор в пользу большего генетического разнообразия приходится платить. При определенных обстоятельствах матки могут подвергаться большему риску при спаривании с несколькими самцами, а также может возникать больше конфликтов между рабочими", — сказал Либбрехт. Тем не менее, поскольку такие стратегии были поддержаны естественным отбором, они должны иметь определенные преимущества. Последние 20 лет эволюционные биологи пытались продемонстрировать пользу генетического разнообразия.

"Мы решили использовать другой подход, чтобы определить, как повышенное генетическое разнообразие приносит пользу сообществам насекомых", — сказал Либбрехт. Он и его команда провели экспериментальное исследование, в котором манипулировали составом рабочих особей в колониях черного садового муравья. Обычно в колонии этого вида, широко распространенного в Центральной Европе, бывает только одна матка, которая спаривается с одним самцом, так что все потомство имеет очень схожий генетический фон.

Исследователи собрали муравьев в районе Майнца и разделили их на две группы: одна состояла из муравьев из одной колонии, другая — из муравьев из трех разных колоний. Для этого собирали куколок, так как матки не приняли бы чужих взрослых рабочих муравьев. "Это означало, что рабочие муравьи, появившиеся из куколок в наших тестовых колониях, не были родственны своим маткам. Это было необходимо, чтобы исключить любые потенциальные материнские эффекты", — добавила ведущий автор статьи Марина Псалти.

Муравьиные колонии с более высоким генетическим разнообразием производят больше личинок

Наблюдения показали, что большее разнообразие среди рабочих особей приводит к улучшению производства личинок. Количество отложенных яиц в двух группах не отличалось. "Это означало, что, начав с одинакового количества яиц, группа с большим разнообразием рабочих смогла вырастить больше личинок". По словам Либбрехта, в естественных условиях небольшая колония на стадии основания очень уязвима, и то, сможет ли она укрепиться, зависит от того, насколько быстро удастся вырастить достаточное количество рабочих муравьев.

Причина, по которой колонии, состоящие из разнородных муравьев, работают лучше, может заключаться в улучшенном разделении труда. "Некоторые рабочие лучше ухаживают за личинками, которых нужно кормить и чистить. Другие могут быть более искусны в поиске пищи. Таким образом, мы показываем, что разнообразие внутри колонии дает преимущества в распределении различных задач", — резюмировал Либбрехт.