Что сложная социальная жизнь ос может рассказать нам об эволюции животных сообществ
Исследования социальных ос, в отличие от пчел и муравьев, проводятся реже. Однако их общества представляют собой увлекательный пример разнообразия социальной жизни насекомых. Сравнение их генетического устройства с другими социальными насекомыми укрепляет наше понимание эволюции животных сообществ.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда секвенировала гены, связанные с социальным поведением, у девяти видов ос, чтобы изучить молекулярные основы каст — королев и рабочих. Результаты бросают вызов популярной научной точке зрения о молекулярном механизме, лежащем в основе insect societies.
Разнообразие обществ ос
- Осы-веспулы (Vespula, желтые жакеты): Королева в одиночку основывает гнездо. Её первые потомки становятся стерильными рабочими, берущими на себя все задачи, в то время как королева специализируется на откладке яиц. Общество — высокоорганизованный суперорганизм.
- Осы Metapolybia (Тринидад): Новое гнездо основывает рой из многих королев и рабочих. Через несколько недель остается одна правящая королева. Молодые рабочие тотипотентны (могут стать королевами), но с возрастом проходят через форму «менопаузы» и теряют эту способность.
- Бумажные осы Polistes (Панамский канал): Более простое общество. Все самки тотипотентны, но только одна является королевой в данный момент. После её смерти иерархия рушится, и осы сражаются за место королевы.
Генетическая основа каст и новое исследование
Ученым известно, что королевы и рабочие — это разные выражения одного и того же генома. Физиологические и поведенческие различия обусловлены разной активацией общих генов. Считалось, что существует общий молекулярный «инструментарий» (social toolkit) для социальной жизни.
Однако сравнение данных по разным видам, методам и лабораториям проблематично. Исследователи часто фокусируются на нескольких популярных видах, что может создавать искаженную картину.
Методология и ключевые выводы
Команда секвенировала гены, активированные в мозге представителей девяти родов социальных ос со всего мира, от самых простых до самых сложных обществ. Использовались единые методы отбора проб и секвенирования. Для анализа данных был применен искусственный интеллект (ИИ).
Результаты:
- Подтверждение общего базового механизма: Из более чем 5000 ортологичных генов (общих для всех видов) ИИ смог правильно идентифицировать королев и рабочих для семи из девяти видов. Интересно, что у королев оказалось больше неактивных генов, чем у рабочих, возможно, потому что рабочие выполняют более широкий спектр задач.
- Роль сложности общества: Общий молекулярный инструментарий обеспечивает базовый рецепт, достаточный для простых обществ. Однако для более сложных обществ (особенно суперорганизмов, как у веспул) требуются дополнительные молекулярные процессы.
- Влияние жизненного цикла: Способ основания колонии (в одиночку, как у веспул, или роем, как у Metapolybia) также влияет на социальный инструментарий.
Вывод: Молекулярный инструментарий социальной жизни сложнее, чем считалось ранее. Тип колонии и история жизни вида влияют на то, как эволюция «переделывает» строительные блоки жизни для создания обществ. Переход от простых групп к высокосложным суперорганизмам может требовать фундаментального сдвига в молекулярной машинерии.