Permaisuri pelbagai jenis serangga sosial menggunakan isyarat kimia yang sama untuk menghalang pekerja daripada membiak • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Etologi, Kimia, Entomologi, Evolusi, Biologi Molekul

Permaisuri pelbagai jenis serangga sosial menggunakan isyarat kimia yang sama untuk menghalang pekerja dari pembiakan.

Rajah. 1. Tiga jenis serangga eusosial di mana ratu menekan fungsi reproduktif pekerja dengan bantuan serupa atau sangat serupa dalam struktur hidrokarbon tepu: isp yang biasa Vespula vulgariskumbang bumi Bombus terrestrispelari semut Cataglyphis iberica. Imej dari artikel dalam perbincangan Sains

Adalah diketahui bahawa betina pembiakan serangga sosial memancarkan beberapa bahan yang menghalang pembiakan individu kerja, tetapi sifat zat ini hanya didirikan pada spesies individu. Pasukan saintis antarabangsa telah menunjukkan bahawa dalam kumpulan yang berlainan hymenoptera yang beralih ke eusosialitas secara bebas antara satu sama lain, permaisuri menggunakan pheromon hidrokarbon yang sama untuk menindas fungsi reproduktif pekerja. Konservatisme evolusi dari isyarat-isyarat kimia ini menunjukkan bahawa penolakan pekerja terhadap pembiakan berkhidmat kepada kepentingan genetik bukan sahaja permaisuri, tetapi juga para pekerja itu sendiri, dan oleh itu kasta tidak masuk ke dalam "perlumbaan senjata evolusi" antara satu sama lain. Dalam nenek moyang hymenoptera, bahan-bahan ini nampaknya berfungsi sebagai feromon wanita biasa dan digunakan oleh wanita untuk menunjukkan kesediaan mereka untuk pembiakan dan menarik lelaki.

Ciri yang paling penting dalam haiwan eusosial (lihateusociality) – pembahagian fungsi pembiakan yang ketat di antara kasta. Walaupun sesetengah individu (raja dan permaisuri) membiak, orang lain (pekerja) tidak menghasilkan anak mereka sendiri dan menumpukan hidup mereka kepada kerja yang berguna sosial: membina dan melindungi sarang, menjaga generasi muda dan membiak individu.

Eusociality berulang kali muncul dalam perjalanan evolusi dalam haiwan yang berlainan (lihat berita Eusosity, Elements, 29 September 2010; Penggali malas melakukan kebanggaan dalam cuaca hujan, Elemen, 10 April 2006). Terutamanya terdedah kepada pembangunan eusosial adalah serangga Hymenoptera (tawon, tawon, bumbung, semut). Menurut pembinaan semula evolusi yang moden, eusosity di Hymenoptera telah berkembang secara bebas sekurang-kurangnya 10 kali (lihat: Evolusi Kerjasama dan Altruisme).

Adalah diketahui bahawa fungsi pembiakan individu yang bekerja di hymenoptera ditindas kerana beberapa zat yang dikeluarkan oleh wanita pembiakan (ratu). Jika anda mengeluarkan ratu dari sarang, pekerja dari banyak spesies hymenoptera awam mula meletakkan telur mereka sendiri, iaitu fungsi reproduksi mereka dipulihkan.Sifat kimia bahan-bahan isyarat sejauh ini telah diuraikan hanya dalam beberapa spesies: di semut bumi genus Lasius dan lebah madu Apis mellifera. "Feromon diraja" semut dan lebah ternyata berbeza, dan zat lebah lebih kurang unik, dan semut serupa dalam struktur untuk feromon betina biasa, yang betina dari banyak serangga mengiklankan kesediaan mereka untuk pembiakan (hidrokarbon jenuh dengan rantai panjang).

Fakta-fakta di atas tidak mencukupi untuk memahami asal-usul sistem komunikasi kimia yang paling penting ini, berkat di mana pembahagian kasta dikekalkan dalam serangga sosial.

Pasukan penyelidik antarabangsa dari Belgium, Australia, Amerika Syarikat, Perancis dan UK berjaya mendapatkan data yang hilang semasa mempelajari bahan-bahan yang disembelih oleh permaisuri tiga spesies hymenoptera eusosmos: tawon biasa, kumbang bumi dan pelari semut (Rajah 1). Penulis membandingkan set molekul organik pada kutikihan permaisuri dan pekerja dan memilih bahan-bahan yang dihasilkan oleh permaisuri lebih daripada pekerja. Perhatian khusus diberikan kepada hidrokarbon.Bahan-bahan yang dipilih dengan cara ini kemudiannya disintesis secara buatan dalam kuantiti yang mencukupi untuk mengkaji secara eksperimen kesannya terhadap fungsi pembiakan.

Bahan-bahan diuji untuk keupayaan untuk menindas perkembangan ovari dalam pekerja-pekerja dari tiga spesies yang dikaji (ingat bahawa dalam Hymenoptera, pekerja selalu wanita, dan lelaki tidak baik untuk apa-apa kecuali pembiakan). Untuk ini, penulis menggunakan keluarga yang mana permaisuri dikeluarkan. Sebilangan kecil daripada "pheromone" diraja (kira-kira sebanyak yang dihasilkan oleh satu rahim) dibubarkan dalam pentane dihantar setiap hari ke sarang. Kawalan keluarga menerima jumlah pentane tulen yang sama. Selepas masa yang mencukupi bagi pekerja untuk mengembangkan ovari (dari dua hingga tiga minggu untuk spesies yang berlainan), pekerja membuka dan membandingkan peratusan individu dengan ovari yang maju dan tidak berkembang dalam pengalaman dan kawalan.

Akibatnya, adalah mungkin untuk mengenal pasti beberapa bahan yang menghalang perkembangan ovari dalam pekerja. Bahan-bahan ini bertindak atas kebolehan pembiakan pekerja dengan cara yang sama seperti kehadiran seorang ratu yang hidup. Semua zat telah tepu dengan hidrokarbon dengan molekul panjang, linier atau dengan satu kumpulan sampingan metil.Pheromone diraja yang telah dikenal pasti sebelum ini mempunyai struktur yang sama, yang menghalang kerja-kerja semut daripada membiak Lasius (struktur molekul ditunjukkan dalam Rajah 2 di sebelah kanan).

Kemudian penulis membandingkan data yang diperoleh dengan maklumat yang terdapat dalam kesusasteraan mengenai molekul organik yang terdapat dalam kuantiti yang berbeza pada kutikunan para permaisuri dan pekerja dari pelbagai spesies hymenoptera awam. Hasilnya adalah pembinaan semula evolusi yang ditunjukkan dalam Rajah. 2

Rajah. 2 Sejarah evolusi isyarat kimia yang digunakan oleh wanita wanita hymenoptera untuk menunjukkan kesuburan dan menyekat fungsi reproduktif pekerja. Jalur mendatar warna yang berlainan menunjukkan lima garis evolusi (harta karun) di mana satu peralihan (bebas) peralihan ke eusociality berlaku: dua kumpulan tawon, dua kumpulan lebah dan semut (kemerdekaan peralihan tidak ditunjukkan dalam angka itu, dibentuk lebih awal berdasarkan rekonstruksian phylogenetic terperinci). Warna yang berbeza Kelas feromon yang dihasilkan dalam kuantiti yang berbeza oleh ratu dan pekerja ditunjukkan. Carta pai kecil mencerminkan kebarangkalian bahawa pada masa ini dalam tumbuhan pembiakan pokok evolusi telah menghasilkan pheromones dari kelas yang sepadan (gambar rajah diberikan hanya jika kebarangkalian ini melebihi 50%). Rangka Kerja Nama spesies yang mana peranan feromon yang sepadan dalam menekan fungsi pembiakan pekerja telah ditunjukkan secara eksperimen adalah digariskan. Anak panah merah tiga spesies, dikaji secara terperinci dalam karya ini. Di sebelah kanan Struktur kimia pheromone ciri enam spesies ditunjukkan: A – tawon Vespula vulgaris, B – lebah Apis mellifera, C – Bumblebee Bombus terrestris, DF – semut Cataglyphis iberica, Lasius flavus, Lasius niger. Angka ini menunjukkan bahawa dalam nenek moyang bersama lima kumpulan serangga eusosial, yang sendiri adalah tunggal (bukan sosial), wanita dengan kebarangkalian yang tinggi telah menggunakan hidrokarbon tepu sebagai feromon. Begitu juga dengan nenek moyang masing-masing dari lima kumpulan eusosial. Penggunaan bahan lain (hidrokarbon tak tepu, ester, dan sebagainya) adalah pengambilalihan beberapa garisan evolusi. Imej dari artikel dalam perbincangan Sains

Kesimpulan penting mengikuti dari pembinaan semula ini.Sistem komunikasi kimia berdasarkan rantaian panjang hidrokarbon tepu, yang mana pekerja dihalang daripada mengambil bahagian dalam pembiakan, ternyata sangat konservatif, iaitu sedikit berubah dalam proses evolusi. Dalam beberapa baris (sebagai contoh, dalam buah lebah), satu set isyarat yang melarang para pekerja daripada mendarabkan telah berubah, tetapi ini adalah pengambilalihan evolusi kemudian. Kebanyakan kumpulan masih menggunakan pheromones asli, nenek moyang.

Pembinaan semula itu menunjukkan bahawa kumpulan Hymenoptera yang berbeza, yang dipindahkan secara bebas ke eusociality, berasal dari nenek moyang yang belum memimpin gaya hidup sosial, tetapi sudah dapat menghasilkan molekul isyarat ini. Kenapa mereka melakukan ini, hidup bersendirian dan tidak memerlukan anak-anak bantuan bukan pembiakan?

Hampir pasti, isyarat-isyarat kimia ini biasa menjadi feromon seks wanita biasa. Perempuan serangga yang bersendirian sering menggunakan pheromone hidrokarbon untuk memberitahu saudara-mara mereka mengenai kesuburan mereka (kesediaan untuk pembiakan). Ini berguna untuk menarik lelaki, dan kadang-kadang ia berguna untuk menakutkan wanita bersaing.Sebagai contoh, penunggang parasit wanita yang bertelur di dalam badan serangga lain, dengan bantuan pheromone hidrokarbon, memberitahu pesaing bahawa telur itu telah ditangguhkan untuk pengorbanan ini. Penunggang, dengan cara itu, juga tergolong dalam perintah Hymenoptera. Bagaimanapun, pengeluaran hidrokarbon cuticular tertentu oleh wanita subur adalah ciri umum serangga yang banyak. Ada kemungkinan bahawa pada mulanya bahan-bahan ini bukanlah pheromone, tetapi hanya sekali-sekala hasil sampingan kerja aktif ovari.

Sesetengah ahli teori menunjukkan bahawa "konflik generasi" dapat memainkan peranan penting dalam evolusi ketidakpuasan hati: ibu-ibu beruntung bahawa kebanyakan anak perempuannya tidak membiak, tetapi membantunya untuk membesarkan anak-anak lain, sementara anak perempuan membiak sendiri secara bebas. Oleh itu, ibu perlu belajar bagaimana untuk memanipulasi anak perempuan mereka dengan berkesan. Di sisi lain, pemilihan teori kin (lihat pilihan pemilihan) menegaskan bahawa dengan membantu menumbuhkan saudara perempuan (sesetengahnya akan mencipta keluarga mereka sendiri), individu kerja menyumbang kepada penyebaran gennya sendiri. Sesungguhnya, dalam genom saudara perempuan, banyak gen sama sekali sama.Ini terutama berlaku untuk hymenoptera, di mana, disebabkan oleh ciri-ciri genetik mereka (lihat haplodiploidy), adik-beradik lebih dekat saudara daripada ibu dan anak perempuan. Oleh itu perkara lain menjadi sama seekor madu atau kumbang betina menyebarkan gennya dengan lebih cekap, menjaga saudara-saudara perempuan, daripada menghasilkan anak perempuannya sendiri.

Jika evolusi eusosialiti ditentukan oleh konflik generasi, maka antara ibu dan anak perempuan ada "perlombaan senjata" yang tidak berkesudahan. Adaptasi yang membantu ibu memanipulasi anak perempuan supaya mereka tidak berlipat ganda, begitu juga dengan penyesuaian yang membantu anak perempuan untuk menentang manipulasi ini, harus dikerjakan. Dalam kes ini, sistem perbincangan komunikasi kimia (yang kemudiannya dipanggil sistem manipulasi kimia) sepatutnya berubah dengan sangat pesat dalam perjalanan evolusi. Sesuatu yang serupa diperhatikan, sebagai contoh, dalam perlumbaan senjata kekal antara bakteria patogen dan cara perlindungan kebal.

Walau bagaimanapun, isyarat kimia yang menyekat pengeluaran semula individu yang bekerja, sebaliknya, ternyata sangat konservatif.Ini bermakna perlumbaan senjata, kemungkinan besar, tidak memainkan peranan penting dalam evolusi eusosialiti. Teori pemilihan keluarga membuat penemuan lebih baik. Dalam erti kata lain, penolakan seorang pekerja yang bekerja untuk menghasilkan semula di hadapan ratu yang subur di dalam sarang, sebagai peraturan, memberi manfaat bukan sahaja kepada ratu dan keturunannya yang lain, tetapi juga kepada orang yang bekerja sendiri. Dengan bertindak dengan cara ini, individu kerja menyampaikan lebih banyak salinan gennya kepada generasi akan datang.

Oleh itu, ia masih bukan masalah manipulasi oleh ratu, tetapi komunikasi.

Pada tahap awal perkembangan eusociality, wanita bertindak balas kepada pheromone wanita ibu atau kakak dengan mengurangkan fungsi pembiakan, kerana ini sesuai dengan kepentingan genetik mereka sendiri. Walaupun seorang saudara yang produktif berada di dekatnya, ia lebih menguntungkan (dari segi kecekapan menyebarkan gennya sendiri) untuk membantu membesarkan anaknya dan melindungi sarang biasa daripada membiak sendiri. Tetapi jika kesuburan relatif menurun (yang boleh diadili oleh penurunan bilangan feromon betina dalam sarang), individu lain mula membiak sendiri, seterusnya menghasilkan feromon yang boleh bertindak balas oleh rakannya dengan mengurangkan fungsi pembiakan.Jadi secara beransur-ansur, pheromon betina biasa mengubah fungsi, mengubah menjadi isyarat khusus, melarang para pekerja untuk mendarab dan menyokong pembahagian keluarga menjadi kasta.

Kajian ini membuat kita berfikir tentang pola umum evolusi sistem komunikasi. Dalam kes ini, perubahan yang berlaku tidak berdasarkan kepada kenyataan bahawa isyarat yang ditukar itu berubah atau mula membawa beberapa maklumat baru, tetapi pada hakikatnya parti yang merasakan mula bertindak balas dengan cara yang baru mengikut kepentingan genetiknya sendiri.

Sumber:
1) Annette Van Oystaeyen, Ricardo Caliari Oliveira, Luke Holman, Jelle S. van Zweden, Carmen Romero, Cintia A. Oi, Patrizia d'Ettorre, Mohammadreza Khalesi, Johan Billen, Felix Wäckers, Jocelyn G. Millar, Tom Wenseleers. Kelas Konservasi Pheromone Ratu Menghentikan Pekerja Serangga Sosial dari Reproducing // Sains. 2014. V. 343. P. 287-290.
2) Michel Chapuisat. Bau Seperti Ratu Sejak Kapur / Sains. 2014. V. 343. P. 254-255. – pengulangan ringkas artikel yang sedang dibincangkan.

Lihat juga:
1) Pheromones tidak menarik, tetapi membuat anda berfikir, "Unsur", 10/19/2009.
2) Evolusi kerjasama dan altruisme.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: