5 دقیقه
کشف یک استراتژی تولیدمثلی غیرمنتظره در Messor ibericus
دانشمندان کشف کرده‌اند که مورچه مزرعه‌دار ایبری (Messor ibericus) یک سیستم تولیدمثلی بی‌سابقه را نشان میدهد که منجر به تولید افراد متعلق به دو گونهٔ متمایز میشود. تیمی به‌سرپرستی زیست‌شناس جاناتان رومیگیه (دانشگاه مون‌پلیه) و منتشرشده در مجله Nature گزارش داد که برخی ملکههای M. ibericus نرهایی تولید میکنند که ژنوم هسته‌ای‌شان متعلق به گونهای دیگر، Messor structor، است در حالی که میتوکندری‌ها از M. ibericus می‌آیند. نویسندگان این پدیده را «تولیدمثل زنوپاروس» می‌نامند — شکلی طبیعی از کلونینگ میان‌گونه‌ای که یک تبار نری را از طریق تخم‌های یک گونه کلون می‌کند اما از نظر ژنتیکی با گونهٔ دیگری همسان است.
پیش‌زمینهٔ علمی: هاپلودیپلوییدی و تولید طبقات کلنی
مورچه‌ها ویژگی هاپلودیپلوییدی دارند: ماده‌ها دوپلویید (دو مجموعه کروموزومی) و نرها هاپلویید (یک مجموعه کروموزومی) هستند. ملکه‌ها می‌توانند با بارور کردن تخم‌ها (تولید ماده‌های دوپلویید که به کارگر یا ملکه تبدیل می‌شوند) یا رها کردن تخم‌ها بدون باروری برای تولید نرهای هاپلویید، ساختار کلنی و تقسیم کار را کنترل کنند. این کنترل پایهٔ تعیین نقش‌ها و طبقه‌بندی در کلنی را تشکیل میدهد. هیبریدسازی بین گونه‌های مورچه در برخی سرده‌ها شناخته شده و حشرات اجتماعی قبلاً سیستم‌های تولیدمثلی پیچیده‌ای مانند کلونینگ را نشان داده‌اند؛ با این حال تا کنون کلونینگی که منجر به تولید افرادی متعلق به گونهای دیگر شود، مستند نشده بود.
طراحی مطالعه، شواهد ژنومی و سازوکار پیشنهادی
رومیگیه و همکارانش از ۵۰ لانه در جنوب فرانسه نمونه‌برداری کردند و ۱۳۲ نر را از ۲۶ کلنی M. ibericus جمع‌آوری نمودند. نزدیک به نیمی از این نرها از نظر مورفولوژیک شبیه M. structor بودند. تحلیلهای ژنومی الگوی چشم‌گیری را نشان داد: این نرها دارای DNA هستهای مطابق با M. structor بودند اما میتوکندریهایی که از M. ibericus به ارث رسیده بود. از آنجا که میتوکندری معمولاً مادری منتقل میشود، این امضای ترکیبی نشان میدهد که این نرها داخل ملکههای M. ibericus تولید شده‌اند اما ژنوم هستهای متفاوتی دارند.
تیم پژوهشی پیشنهاد می‌کند که ملکههای M. ibericus نرهای M. structor را با اجازه ورود اسپرم از نرهای نوع M. structor به تخم‌ها کلون میکنند، اما سپس مادهٔ هستهای تخم را پیش از بارورسازی کامل حذف میکنند. نتیجه تخمی است که به‌عنوان یک نر هاپلویید رشد می‌کند و از نظر ژنتیکی با M. structor تطابق دارد در حالی که میتوکندری‌های M. ibericus را حفظ می‌کند. این نرهای کلونشده سپس در داخل کلنی جفت‌گیری میکنند تا کارگرهای دیپلویدی هیبرید (فرزندان ترکیبی ژنتیکی) مورد نیاز عملکرد کلنی را تولید کنند. این چرخهٔ تولیدمثلی دوگونه‌ای یک تبار نری را ایجاد می‌کند که در مرزهای گونهای کلون میشود و هم‌زمان کارگرهای هیبرید تولید میشود.
یافته‌های کلیدی و پیامدهای تکاملی
این کشف چندین پرسش مهم زیستی را مطرح می‌کند. کلونینگ میان‌گونه‌ای دیدگاه‌های مرسوم دربارهٔ جداسازی تولیدمثلی و گونهزایی را به چالش میکشد: در این سیستم، ژنوم‌هایی از تبارهایی که بیش از پنج میلیون سال پیش جدا شده‌اند، از طریق یک چرخهٔ تولیدمثلی نادر حفظ و منتقل می‌شوند. نگهداری منبعی از نرهای ژنتیکی «بیگانه» به‌عنوان منبعی برای تأمین اسپرم ممکن است راهبردی برای تضمین لقاح در حالی که کارگرهای هیبرید برای نقش‌های کلنی بهینه شده‌اند، باشد.
این سازوکار میتواند جریان ژن، ساختار اجتماعی و سازگاری را تحتتأثیر قرار دهد. یافته‌ها اشکال نوینی از تقلب و همکاری تولیدمثلی در حشرات اجتماعی را پیشنهاد میکنند و مکانیسم‌های شناخته‌شده برای حفظ تبارهای ژنتیکی متمایز در هم‌زیستی را گسترش می‌دهند. از منظر کاربردی، درک این سیستم میتواند به توسعهٔ راهبردهای مدیریت آفات کمک کند که از آسیبپذیریهای تولیدمثلی کلنی‌های مورچه بهره می‌برند.
دیدگاه کارشناسان
دکتر النا مارکز، ژنتیک‌دان تکاملی (نمونهٔ ساختگی)، اظهار می‌کند: «این سیستم شگفت‌انگیز است زیرا خط میتوکندریایی را از هویت هستهای در مرزهای گونهها جدا می‌کند. اگر در جمعیت‌های گسترده‌تر تأیید شود، مجبورمان می‌کند بازنگری کنیم که چگونه سیستم‌های تولیدمثلی می‌توانند موانع گونهای را برای رفع نیازهای اجتماعی و بوم‌شناختی دور بزنند.»
مایکل گودیسمن، زیست‌شناس تکاملی در مؤسسهٔ فناوری جورجیا که در این مطالعه مشارکت نداشت، به Science گفت که این یافته «تقریباً غیرقابل‌باور است و درک ما از زیست‌شناسی تکاملی را پیش می‌برد. درست وقتی فکر می‌کنید همه چیز را دیده‌اید، حشرات اجتماعی یک شگفتی دیگر نشان می‌دهند.» این واکنش نشاندهندهٔ آن است که زیست‌شناسی حشرات اجتماعی همچنان پژوهشگران را شگفت‌زده می‌کند و چارچوب‌های نظری را بازتعریف می‌نماید.
نتیجه‌گیری
گزارش تولیدمثلِ زنوپاروس در Messor ibericus یک استراتژی تولیدمثلی برجسته و پیش‌تر مستندسازی‌نشده را آشکار می‌سازد: ملکه‌ها به‌صورت کلون، نرهایی تولید میکنند که از نظر ژنتیکی متعلق به گونهای دیگر هستند و سپس از این نرها برای تولید کارگرهای هیبرید استفاده میکنند. این یافته ترکیبی از ژنومیک، رفتار و نظریهٔ تکاملی است و راه‌های جدیدی برای مطالعهٔ گونهزایی، تکامل اجتماعی و مکانیزم‌های کنترل ژنتیکی در حشرات ائوسوشیال باز می‌کند. پژوهش‌های آتی باید سازوکارهای سلولی دقیق، پراکنش جغرافیایی و منشأ تکاملی این سیستم استثنایی را روشن سازند.
منبع: nature
نظرات