Исследователи выявили два супергена у одного вида муравьев, которые контролируют количество и размер королев в колонии

Колония муравьев поддерживается благодаря сложной социальной динамике, где каждый член — королева, самцы и рабочие (стерильные самки) — вносят свой вклад в сообщество. Некоторые виды усложняют эту динамику добавлением довольно маленьких маток (маленьких королев).

Исследователи из UCR выяснили, почему присутствуют эти дополнительные королевы, сосредоточив внимание на сложных генетических структурах, называемых супергенами, в сообществе. Эти супергены контролируют происхождение и размножение миниатюрных королев у одного вида муравьев. Результаты исследования доступны в журнале Current Biology.

«Мы были заинтригованы маленькими королевами», — сказала старший автор Джессика Перселл, доцент кафедры энтомологии UCR. «Это отличная система (колонии муравьев с несколькими королевами) для изучения эволюции супергенов, которые существуют во многих типах организмов».

Супергены различаются по размеру, но состоят из группы сцепленных генов на одной и той же хромосоме. Суперген подавляет рекомбинацию — обычное перемешивание генов во время деления клеток — а также передает и сохраняет архитектуру супергена из поколения в поколение. Эти мегагены связаны с признаками или фенотипами, экспрессируемыми многими организмами, включая характер миграции рыб и птиц, а также количество королев в муравьиной колонии.

Хотя это и не характерно для всех муравьиных колоний, ученые сосредоточили внимание на одном виде муравьев, Formica cinerea (Серый песчаный муравей), который распространен по всей Европе, от Испании до Западной Сибири и от Скандинавии до Балкан.

Исследовательская группа выявила наличие двух супергенов, которые увеличивают количество маток (королев) в колонии и контролируют размер маток.

Королева — самый важный и крупный муравей в колонии. У королевы есть крылья, и она может летать, но ее основная роль — откладывать яйца, чтобы вырастить поколения рабочих, самцов и ее преемника. Рабочие особи живут около шести месяцев и проводят все свое время в поисках еды и уходе за выводком. Продолжительность жизни самцов короче; они редко покидают колонию и спариваются с будущей королевой.

Маленькие королевы получают свою силу от супергена, который сформировался около 23 миллионов лет назад и определяет, будет ли в колониях одна матка или несколько. Исследователи нашли еще один суперген, отвечающий за размер муравьев. Два супергена вместе производят дополнительных королев, которые на 20% меньше типичной муравьиной королевы. Это может оказать значительное влияние на колонию.

“Муравьи являются общественными насекомыми и создают огромные колонии, где соседи по гнезду связаны друг с другом, и хорошо работают вместе, чтобы вырастить своих сородичей”, — сказала Джулия Скарпаро, аспирантка по энтомологии и первый автор исследования. “В полигинной колонии (с несколькими матками) взаимосвязь между соседями по гнезду ниже. Присутствие многих неродственных муравьев может привести к репродуктивным конфликтам среди рабочих”.

Исследователи предполагают, что конфликты, возникающие из-за этих объединенных супергенов, могут помочь колонии расшириться и выжить.

Для создания независимой колонии королеве необходимо перелететь в новое место и использовать резервы своего тела, содержащиеся в мышцах крыльев и жировых отложениях, для выращивания первого выводка рабочих. Эта стратегия рискованна и может привести к гибели королевы, а вместе с ней и всей колонии.

Маленьким королевам не хватает энергии для создания новой колонии, но они могут присоединиться к уже существующим колониям. Это поднимает новые вопросы, которые следует рассмотреть относительно продолжающегося сотрудничества между группами, не связанными генетически.

«Открытие супергенов, связанных с микрогинами (маленькими королевами), является первым открытием такого типа», — говорит Джулия Скарпаро. «Мы думаем, что такие королевы могут быть социально паразитирующими — общественными насекомыми, которые используют в своих интересах других общественных насекомых. Микрогины могут стать хорошей отправной точкой для понимания эволюции социального паразитизма, и у нас может быть суперген, определяющий такой образ жизни».