Королева муравьев откладывает яйца, из которых вылупляются муравьи двух видов

Фото из открытых источников

Размножение у многих общественных насекомых — странный процесс, но иберийский муравей-жнеец ( Messor ibericus ) выводит эту странность на новый уровень. Королевы спариваются с самцами другого вида, а затем клонируют их, сообщают исследователи в журнале Nature, что означает, что этот муравей — единственный известный организм, который размножает два вида самостоятельно. Биолог-эволюционист Джонатан Ромигье из Университета Монпелье, возглавлявший группу, называет M. ibericus «в некотором смысле самой сложной колониальной формой жизни, известной нам на сегодняшний день».

«В это открытие почти невозможно поверить, и оно расширяет наше понимание эволюционной биологии», — говорит Майкл Гудисмен, биолог-эволюционист из Технологического института Джорджии, не принимавший участия в новом исследовании. «Когда кажется, что уже всё увидел, общественные насекомые преподносят новый сюрприз».

Общественные насекомые, такие как медоносные пчёлы и муравьи, живущие колониями со сложным разделением труда, обладают одними из самых генетически сложных форм размножения в животном мире. Королевы играют здесь главную роль. Перед тем, как основать новую колонию, молодая королева обычно спаривается в воздухе с крылатыми самцами. Она совершает этот брачный полёт только один раз и хранит сперму до конца своей жизни, которая у королевы муравьёв-жнецов может длиться более десяти лет. Внутри своего гнезда она оплодотворяет часть своих яиц, но не все, по мере их откладывания.

Контроль королевы над оплодотворением помогает ей создавать различные касты колонии. Бесплодные рабочие самки, вылупляющиеся из оплодотворённых яиц, строят гнездо, собирают пищу и выращивают личинок. Оплодотворённые яйца также могут развиться в будущих маток при определённых условиях, например, при дополнительном питании белком в период личинок. Самцы развиваются из неоплодотворённых яиц, отращивают крылья и покидают колонию, чтобы спариваться с неполовозрелыми матками.

Именно эта сложность привлекла Ромигье к изучению муравьёв. Он вырос в сельской местности во Франции и часами наблюдал за насекомыми, заворожённый их синхронными движениями. Позже, будучи студентом университета, он держал муравьёв-жнецов в качестве домашних животных. «Это как маленький город, маленькое общество», — говорит он. «Как это устроено?»

В 2017 году Ромигье и его коллеги обнаружили, что у рабочих муравьёв M. ibericus ДНК неожиданно разнообразна, что, возможно, является признаком того, что их королевы спаривались с дальними родственниками-самцами. Дальнейший генетический анализ предвещал ещё один сюрприз. Отцы гибридных рабочих муравьёв, по-видимому, принадлежали к M. structor, совершенно другому виду.

Межвидовое спаривание известно у нескольких видов муравьев, когда сперма королевы собственного вида может производить личинки, которые становятся новыми королевами, но не стерильными рабочими. Королевы решили эту проблему, также спариваясь с самцами другого вида для производства рабочих, и королевы M. ibericus, похоже, тоже использовали эту стратегию. Но было кое-что загадочное. Колонии процветали даже в регионах за пределами ареала M. structor , таких как северное побережье Средиземного моря и итальянский остров Сицилия, где ближайшие колонии M. structor находятся более чем в 700 километрах. «Это было невозможно представить», — говорит Ромигье.

Чтобы выяснить, что происходит, Ромигье пришлось собрать несколько самцов, что оказалось сложнее, чем кажется. Колонии муравьёв-жнецов могут содержать до 10 000 муравьёв, при этом в определённое время года самцов там остаётся всего несколько. Ромигье и его коллеги раскопали около 50 гнёзд вдоль сельскохозяйственных дорог недалеко от Лиона, Франция, прежде чем наконец нашли свою первую добычу.

Собрав 132 самца из 26 колоний M. ibericus, они обнаружили, что около половины из них были практически безволосыми и напоминали M. structor. Эти самцы также имели ядерный геном M. structor, но митохондрии M. ibericus, что доказывало, что самцы вылупились из яиц, отложенных самками M. ibericus .

Исследователи полагают, что королевы M. ibericus клонируют самцов M. structor. Королевы позволяют сперматозоидам M. structor проникнуть в свои яйца, но в какой-то момент удаляют собственные гены из ядра яйца, чтобы предотвратить оплодотворение, тем самым гарантируя, что яйцо разовьётся в самца, а не в бесплодную рабочую особь. Имея под рукой этих клонированных самцов, колонии муравьёв M. ibericus могут жить в местах, где M. structor отсутствует. Этот трюк «немного ошеломляет», говорит Крис Смит, биолог-эволюционист из Университета штата Юта.

Хотя детали этого процесса загадочны, клонирование наблюдалось у нескольких видов муравьёв, включая малого огненного муравья, но о клонировании другого вида ранее не сообщалось. Более того, эти два вида существуют раздельно уже довольно давно. Ядерная ДНК двух муравьёв указывает на то, что последний раз у них был общий предок около 5 миллионов лет назад.

В каком-то смысле некоторые клонированные самцы находятся в плену. За пределами ареала своего вида они не могут размножаться со своими матками. И, похоже, M. ibericus этим управляет. В лабораторных экспериментах королевы, по-видимому, клонируют больше самцов M. structor, чем в итоге вылупляются, что позволяет предположить, что муравьи M. ibericus решают, сколько из этих самцов выживет. Но на самом деле, по словам Ромигье, эти два вида сексуально взаимозависимы. В районах, где нет гнёзд M. structor, клонированные самцы и королевы M. ibericus нуждаются друг в друге для размножения.

«Каждый шаг в этой коэволюционной игре абсолютно логичен и использует весь арсенал репродуктивных трюков, известных нам у муравьёв», — говорит Сара Хелмс Кахан, эволюционный эколог из Вермонтского университета, не принимавшая участия в исследовании. «Конечный результат фантастический, но невероятно успешный: один вид, так сказать, тащит другой в своём кармане по всей Южной Европе».

В этом тесном союзе двух видов Ромигье усматривает отголоски гораздо более древнего мутуализма. Когда отдельные клетки поглощали крошечные, отдельные организмы, которые в конечном итоге стали митохондриями в наших клетках и клетках всех эукариот. Смит также видит красоту в этой находке, особенно в том, как она расширяет наше представление о возможностях жизни. «Когда мы преподаём биологию, нам, возможно, следует преподавать и философию», — говорит он. «Слова, которые мы используем, такие как «индивид» и «вид», — это всего лишь социальные конструкции, а природа — нет».