Reklam
Teknoloji Haberleri

Nasıl “Karınca-I-Sosyal” Olunur – İşlevsel, Davranışsal ve Sosyal Özelliklerin Kaybına Bağlı Karınca Genomunun Erozyonu

reklam
Reklam


Karınca Yakın Çekim

Çalışma, 3 inquiline türünde fonksiyonel, davranışsal ve sosyal özelliklerin kaybına bağlı karınca genomunun erozyonunu göstermektedir.

reklam

Karıncalar, böcek dünyasında karmaşık sosyal yapıları ve davranışları ile ünlüdür. İşçiler ve toplayıcılar, koloninin genel sağlığı için sosyal rollerini sadakatle yerine getirerek kraliçeyi desteklerler. Bu karmaşık “süper organizma” – bilim adamlarının dediği gibi – sosyal organizmaların genetik ve davranışsal köklerini keşfetmek için temel bir model haline geldi.

Dikkat çekici bir şekilde, karıncaların başkalarıyla iyi oynamadığı ve özgür yaşayan akrabaları arasında özgürce yüklenen parazitler olmak için toplumsal görevlerini umursamayan nadir örnekler de vardır.

reklam

Şimdi, yayınlanan yeni bir çalışmada Doğa İletişimiAvrupa (Münster ve Kopenhag Üniversiteleri), Güney Amerika (Montevideo, Uruguay’daki Cumhuriyet Üniversitesi) ve ABD’den (Arizona Eyalet Üniversitesi liderliğindeki) araştırmacıların uluslararası bir işbirliği ile bu nadir bulunanları keşfetmek ve toplamak için bir araya geldi. karınca sosyal parazitler. Birlikte, bunların tamamını elde ettiler ve analiz ettiler DNA Üç nadir “sosyal parazit” yaprak kesen karınca türünün (Acromyrmex inquilines olarak adlandırılır) genom dizileri, kendileriyle ilgili konakçı türleri arasındaki farkları daha iyi anlamak için.

Nadir Parazitik Karınca, Pseudoatta arjantin

ASU SOLS profesörü Christian Rabeling tarafından yönetilen yeni bir çalışma, karıncalarda sosyal parazitizmin moleküler evrimine dair ayrıntılı bilgiler sağladı. Kredi bilgileri: Martin Bollazzi

İlk defa, sosyal olarak parazit olan birkaç karınca türünün genomları dizilenebiliyordu.

ASU Yaşam Bilimleri Fakültesi’nde doçent olan Christian Rabeling, “Bulgularımız, yeni, oldukça uzmanlaşmış bir yaşam tarihine geçişin genomik sonuçlarına ilişkin anlayışımızı geliştiriyor ve karıncalarda sosyal parazitizmin moleküler evrimine ilişkin ayrıntılı bilgiler sağlıyor,” dedi. çalışmanın ilgili yazarı.

Sosyalden sosyal parazite

Olağandışı sosyal parazit geçişini anlamak önemlidir çünkü karıncaların genomları 100 milyon yıldan fazla bir süredir evrim geçirmiştir. Kraliçe işçi kast ayrımı ve koşulsuz fedakarlıkla sosyal organizasyon yapısının yeni “süper organizma” düzeyini tanıtmak için tek bir büyük geçiş gerçekleşti. Bu süper organizma o kadar başarılıydı ki, 17 alt aile, 338 cins ve 13.900’den fazla canlı türünden oluşan bir biyolojik çeşitlilik üretti.

Rabeling, “Bu nedenle, bu temel atadan kalma durumu terk eden, son derece özelleşmiş sosyal açıdan asalak davranışa ve yaşam tarzına paralel geçişlerin, genellikle çiftleşmeye ve daha büyük etkili popülasyonlara dayanan, önemli genomik ayak izleri bırakması şaşırtıcı değil,” dedi. “Bu türlerden sadece üçüne ilişkin analizlerimizin sonuçları, karınca sosyal parazitlerinin, işbirliğine dayalı sosyal koloni yaşamının ayırt edici özelliklerini belirlemek için önemli çalışma sistemleri sunduğunu doğrulamaktadır.

Ve bunu yaparken, analizleri, yaklaşık bir buçuk milyon yıllık bir zaman dilimi içinde, bu karınca türlerinin her birinin evrimleşmek ve sosyal parazit olmak için bağımsız, ayrı yollar bulduğunu doğruladı. Genom çapında ve özelliğe özgü genetik erozyonun imzalarının, sosyal parazit karıncalarda en aşırı olduğu bulundu.

Karınca Sosyal Parazitlerinin Iraksaması

Acromyrmex konakçı ve inquiline parazit türleri için diverjans tahminleri. Üç inquiline sosyal parazit türü ve bunların iki konakçı türü dahil olmak üzere, genomları dizilenmiş mantar üreten karıncaların ime-kalibre edilmiş filogenisi. Acromyrmex’te (turuncu noktalar ve kutular) sosyal parazitizmin iki kaynağı yaklaşık olarak meydana geldi. 0,96 milyon yıl önce A. insinuator (1) ve yakl. 2.50 milyon yıl önce A. heyeri’nin atası Pseudoatta argentina (2) ve A. charruanus’un (3) kök grubu temsilcisinden ayrıldığında. Kredi: Arizona Eyalet Üniversitesi

Nasıl başlayacağını bir düşünün. Bir grup kraliçe karınca, işi yapmadan sadece bir kolonide yaşamak ister. Ve artık yuva üzerinde çalışmıyorsun. Daha sonra, kraliçe karıncalar yalnızca yeni kraliçeler ve erkekler üretmeye odaklanır ve bu küçük popülasyon büyüklüğündeki sosyal parazit, hayatta kalmak için sık sık akraba çiftleşmeye başlar. Bu, zamanla genomik çeşitliliğini anında azaltır. Daha sonra, doğal seçilim ve genetik sürüklenmenin yaygınlığındaki artış nedeniyle evrimsel zamanda göz açıp kapayıncaya kadar, atalara ait özelliklerin kaybolma oranlarını artırırken, aynı zamanda yeni, daha uyumlu özelliklerin ortaya çıkma oranlarını da yavaşlatacaktı.

Neredeyse bir ‘erteleme ve kaybetme’ fenomeni gibi, genom erozyonunu tetiklemek için parazitik karınca DNA’sında meydana geldi.

Araştırma ekibi, karınca genomundaki bu etkiyi kanıtlamak için genel genomik yapıyı ve bu genomik bozulmadan etkilenebilecek genleri araştırdı. İlk olarak, istikrarsızlık ve çürümenin alamet-i farikası olan genomik yeniden düzenlemeler ve tersine dönmelerin yaygın kanıtlarını buldular. Daha sonra, gen ağları içinde, sosyal parazit dallarından en az birinde rahat seçilim kanıtı ve 102 gendeki yoğunlaştırılmış seçilim imzası gösteren 233 geni tanımladılar. Rabeling, “Analizimiz, dört sosyal parazit düğümünden üçünde gen ailesi evriminin büyük ölçüde gen kayıpları ile karakterize olduğunu gösterdi” dedi.

En çok etkilenen genom kayıpları ve azalmaları, sosyal parazit karıncaların koku alma duyularında ve daha az derecede tatta idi.

Koklama testinde başarısız olmak

Karınca kokusundan sorumlu genlerin bir kısmı zamanla kaybolmakla kalmadı, bunun sonucunda karıncalar da mikroBT taramaları yapıldığında beyinlerindeki koku alma loblarında küçültülmüş bir boyut gösterdi.

Rabeling, “Bu şaşırtıcı değil, çünkü karıncalar ağırlıklı olarak kimyasal ipuçlarıyla iletişim kuruyorlar ve bir zamanlar kimyasal fabrikalar olarak tanımlanıyorlardı” diye açıklıyor Rabeling. “Bu nedenle, koku alma genlerinin kaybı, kapsamlı morfolojik ve davranışsal değişikliklerin aşırı bir geçişiyle ilişkilidir.”

Bu, işçi kast sisteminin azalmasını veya tamamen kaybını, basitleştirilmiş ağız parçalarını, antenleri ve bütünleşmeleri, belirli hormonal bezlerin kaybını ve muhtemelen büyük ölçüde daraltılmış bir davranış repertuarıyla ilişkili, azaltılmış karmaşıklıktaki sinir sistemini içerir.

İnquiline Parazitlerde Koku Alma Sistemlerinin Regresyonu

Mikro CT taramaları, konakçıların ve sorgulamaların göreceli koku alma lob (OL) boyutunu gösterir. Filogram, sosyal parazitler (A. insinuator, A. charruanus ve P. arjantin) ve onların konakçıları (A. echinatior ve A. heyeri) boyunca toplam beyin hacimlerine göre OL hacimlerinin atalara ait bir yeniden yapılanmasıdır. Barpotlar, konakçılarına (mavi) göre inquiline parazitlerde (turuncu) OL hacminin toplam beyin hacmine oranlarını gösterir. Çubukların uçlarına yerleştirilen daireler, ölçülen toplam beyin hacimleriyle orantılıyken, daha küçük olan daireler sağ ve sol OL’lerin ölçülen hacimlerini temsil eder. Ortalama olarak, Panama türlerinin Uruguaylı türlerinden daha büyük beyinleri vardır (2-örneklem t-testi, pt-testi = 0.005, df = 2.97, t =? 7.74, n = 5). İnquiline sosyal parazitler, inquiline sendromu olarak bilinen inquiline adaptasyonlarının gradyanı boyunca farklı uzmanlaşma derecelerini geliştirdikçe göreceli OL hacimleri azaldı (pt-test = 0,059, df = 2, t =? 2,65, n = 5). Aşağıda gösterilenler, beyinlerin (sarı renkle vurgulanan OL’ler ile) ve A. heyeri, A. charruanus ve P. argentina’nın (yukarıdan aşağıya) baş kapsüllerinin 3D yüzey rekonstrüksiyonlarıdır. Kredi: Arizona Eyalet Üniversitesi

Karşılaştırmalı analizlerinden, bu değişiklikleri evrimsel zamanın daha geniş perspektifine de yerleştirebilirler. Ayrıca, yaprak kesen karınca soy ağacındaki sosyal asalaklığın kökenlerini tarihlendirebildiler.

Acromyrmex karınca cinsinde iki bağımsız sosyal asalak köken meydana geldi. Bu cins içinde, sosyal bir karınca olan A. heyeri, hem A. charruanus hem de P. argentina parazitik türlerinin konakçı türüdür.

İlk olarak, iki sosyal parazit birbirinden ayrılmadan önce, A. charruanus ve P. arjantin’in son ortak (sosyal olarak asalak olduğu düşünülen) atalarından ayrılan Güney Amerika sosyal karıncalar (A. heyeri) soyudur. İkinci olarak, A. insinuator, ev sahibi A. echinatior’dan ayrıldığında bir Orta Amerika türleşme olayı meydana geldi.

Toplumsal parazitizmin her iki kökeninin de evrimsel olarak yenidir; A. heyeri ile A. charruanus ve P. arjantin’in son ortak atası arasındaki ayrılıktan yaklaşık 2.5 milyon yıl önce ve A. arasındaki ayrışmadan yaklaşık 1 milyon yıl önce olduğu tahmin edilmektedir. insinuator ve A. echinatior.

Rabeling, “Rahat doğal seçilimin sosyal parazitlerde genel genom erozyonunu hızlandırdığını ve sosyal olarak parazitik bir yaşam tarzıyla ilişkili belirli özelliklerin hızlı adaptif evrimini kolaylaştıran evrimsel kısıtlamaları hafiflettiğini çıkardık” dedi.

Keşif sevinci

Genom analizini yapmak neden bu kadar uzun sürdü? Çalışmanın en kolay kısmının karşılaştırmalı genom analizi olabileceği ortaya çıktı. Karıncaları ilk etapta bulmak en büyük engel olduğunu kanıtladı. Neden?

Karınca sosyal parazitlerinin popülasyonları neredeyse her zaman küçüktür ve düzensiz dağılmıştır. Ne kadar bozuk?

Bu türlerden biri olan P. argentina’nın vahşi doğada görüldüğü en son 1924, yaşamın kalıtsal kimyasal birimi olan DNA’nın keşfedilmesinden çok önce.

Rabeling, Güney Amerika’ya P. arjantin’i bulamadıkları için boşuna olan önceki gezileri hatırlıyor. Ardından, yaklaşık on yıl önce, meslektaşı Martin Bollazzi’nin ve ortak yazarın yaptığı bir telefon görüşmesi hayatını değiştirdi.

“Martin Bollazzi, karısı Leticia’nın P. argentina’yı yeni keşfettiğini söyledi !!!”

Rabeling elinden geldiğince hızlı bir uçağa atladı. P. argentina’yı yakından gördüğünde, asla unutamayacağı bir keşif anıydı.

“Leticia’nın P. arjantin’i yeniden keşfi, bir ömür boyu sürecek bulguydu. Özellikle sevdiğim şey, karınca tarlası çalışmasını ve doğa tarihi gözlemlerini tüm genom dizilimi gibi yeni teknolojilerle birleştirmek ve bunu yapma fırsatına sahip olmak büyük bir zevkti. “

Şimdi, P. arjantin’i toplayarak araştırma hayallerini gerçeğe dönüştürebilirler ve sosyal parazitik karıncaların ilk modern tüm genom dizilişini yaparak saha çalışmasına dayalı hipotezlerini test edebilirler.

Sonraki adımlar

Sonuçları sadece karıncaları anlamak için değil, aynı zamanda bu genomik ‘işlev kaybı’ çalışma sistemlerinin diğer parazitlerdeki rolüne ve hem fenotipik hem de genomik seviyelerde kooperatif sosyal koloni yaşamının ayırt edici özelliklerinin belirlenmesine yönelik içgörüler sunar.

Rabeling, “Sosyal parazitler, ev sahiplerinin yiyecek arama çabalarından, hemşirelik davranışlarından ve koloni altyapısından yararlanmaya başladılar” dedi.

Rabeling ayrıca, Meksika’nın kör mağaralarda yaşayan balıkları gibi diğer türlere veya tenyalar gibi diğer parazitlere zaman içinde önemli özelliklerini kaybeden organizmalara örnek olarak işaret ediyor. Her durumda, yeni ekolojik nişler geliştirdiler ve kullandılar. türlerinin hayatta kalması için.

Bu ilk 3 sosyal parazit karınca türünden çok şey öğrendiler. Daha sonra, özellikle uzun okunan dizileme teknolojileri ile daha da ayrıntılı analizlere izin veren heyecan verici daha fazla içgörüler elde etmek için bu karınca sosyal parazitlerinin gelecekteki genomik çalışmalarını planlıyorlar.

Ancak Rabeling ve meslektaşları şimdi zamana karşı başka bir yarışa dahil oluyorlar – her yıl olduğu gibi, giderek daha fazla doğal karınca habitatı ormansızlaşma ve gelişme nedeniyle kaybediliyor. Şimdi, karınca evrimi konusundaki anlayışımız, insanların biyoçeşitliliği kurtarmak için işbirliği yapmasına bağlı – hala yapabiliyorken.

“Bu tür gelecekteki çalışmaların, karıncalarda sosyal davranışların evriminin imzaları hakkındaki bilgilerimizi genişletebileceğini umuyoruz, bunun için çok az başka model sistem, birkaç düzinelerce tür düzeyinde bu tür örneklem büyüklükleri sunabilir.”

Referans: 18 Mayıs 2021, Doğa İletişimi.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23178-w




scitechdaily.com

Source link

reklam
reklamm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

reklam
Başa dön tuşu

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen Reklam Engelleyiciyi Kapatınız