Каннибализм помогает огненным муравьям захватывать новые территории
Тропические огненные муравьи (Solenopsis geminata), родом из Центральной и Южной Америки, являются агрессивными инвазивными вредителями. Новое исследование показало, как они успешно основывают новые колонии.
В Австралии эти муравьи прочно обосновались в районе Дарвина и Кэтрин, а также на острове Рождества и рифе Ашмор. Их укусы болезненны и могут вызывать аллергические реакции.
Когда инвазивные муравьи попадают в новый регион, пионерами часто становятся одна или несколько колоний. Изоляция приводит к инбридингу и генетическим проблемам у потомства. Однако исследование, опубликованное в Scientific Reports, показывает, как тропические огненные муравьи используют каннибализм для выживания и распространения, несмотря на низкое генетическое разнообразие.
Сыновья и дочери
Распространение происходит через основание новых колоний. После спаривания матки улетают, чтобы создать свою колонию. Это опасное путешествие: им нужно избегать хищников и найти место для откладки яиц. Если матка не сможет быстро вырастить дочерей-рабочих, она умрёт от голода.
Матка откладывает два типа яиц:
- Оплодотворённые — развиваются в рабочих (самок, диплоидных, с двумя копиями каждого гена).
- Неоплодотворённые — развиваются в самцов (гаплоидных, с одной копией каждого гена).
Однако, если матка и её партнёр близкородственны, сбой в системе определения пола приводит к тому, что половина оплодотворённых яиц развивается в диплоидных самцов, а не в рабочих. Диплоидные самцы часто стерильны, их личинки крупнее, и они не добывают пищу, а только спариваются. Таким образом, матка тратит ресурсы на бесполезных сыновей вместо рабочих.
Целью исследования было выяснить, насколько распространены диплоидные самцы в природных колониях и как маткам удаётся успешно основывать колонии, несмотря на их появление.
Брошены и съедены
Полевые исследования колоний вокруг Дарвина показали, что 8 из 10 колоний производили диплоидных самцов.
Исследователи собрали 1187 недавно спарившихся маток и наблюдали за основанием колоний — в одиночку или группами. Было обнаружено, что в 34% колоний, производивших диплоидных самцов, матки помещали личинок диплоидных самцов в "мусорную кучу" колонии, отдельно от личинок рабочих. При микроскопическом исследовании оказалось, что эти личинки были ещё живы.
Матки не только бросали своих стерильных сыновей, но и поедали их. В течение 12 дней три четверти из 109 личинок стерильных самцов исчезли из колоний. Поскольку в колонии присутствовали только матки, это означает, что они либо сами съедали диплоидных самцов, либо скармливали их личинкам рабочих.
Это каннибальское поведение позволяло перенаправить питательные вещества на продуктивных членов колонии. Хотя личинки диплоидных самцов требуют больше пищи, матки из таких колоний теряли в весе не больше, а иногда и меньше, чем матки из обычных колоний — вероятно, благодаря поеданию своих сыновей.
Также было обнаружено, что матки, основавшие колонию группой, выращивали больше рабочих, что повышало их шансы на выживание даже при производстве стерильных самцов. Однако в 6% колоний матки не терпели соседок и убивали их.
Механизмы избегания инбридинга
Для тропических огненных муравьёв выявлены два поведенческих механизма избегания издержек инбридинга:
- Каннибализм стерильных сыновей.
- Совместное выращивание расплода несколькими матками.
Третий возможный механизм — полиандрия (спаривание с несколькими самцами), которая увеличила бы генетическое разнообразие и снизила вероятность появления диплоидных сыновей. Однако генетический анализ спермы из сперматеки 40 маток не выявил доказательств спаривания более чем с одним самцом.
Угроза экосистемам
Тропические огненные муравьи представляют серьёзную угрозу. На рифе Ашмор (охраняемый морской парк Австралии, важное место размножения морских птиц и черепах) они атакуют птенцов и детёнышей черепах. Случайное распространение муравьёв в Северной территории, Квинсленде и Западной Австралии угрожает бесценным экосистемам, здоровью и образу жизни людей.
Программа по искоренению родственного вида — красного огненного муравья (Solenopsis invicta) в Квинсленде получила финансирование в 411 млн австралийских долларов на 10 лет. Неудача в его искоренении может обойтись Австралии в 1,65 млрд долларов в год из-за ущерба урожаю, скоту и затрат на лечение людей. Изучение биологии инвазивных муравьёв приближает нас к новым методам предотвращения их распространения.