Các nữ hoàng của các loại côn trùng xã hội khác nhau sử dụng cùng một tín hiệu hóa học để ngăn chặn công nhân chăn nuôi • Alexander Markov • Tin khoa học về "Yếu tố" • Đạo đức, Hóa học, Côn trùng học, Tiến hóa, Sinh học phân tử

Các nữ hoàng của các loại côn trùng xã hội khác nhau sử dụng cùng một tín hiệu hóa học để ngăn chặn công nhân chăn nuôi.

Hình 1. Ba loại côn trùng eusocial trong đó queens ngăn chặn chức năng sinh sản của người lao động với sự giúp đỡ của giống hệt nhau hoặc rất giống nhau trong cấu trúc của hydrocacbon bão hòa: ong phổ biến Vespula vulgaristrái đất ong Bombus terrestrisá hậu Cataglyphis iberica. Hình ảnh từ bài viết trong cuộc thảo luận Khoa học

Người ta biết rằng các con cái sinh sản của côn trùng xã hội phát ra một số chất ngăn chặn sự sinh sản của các cá nhân làm việc, nhưng bản chất của các chất này chỉ được thiết lập ở các loài riêng biệt. Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã chỉ ra rằng trong các nhóm khác nhau của màng trinh đã chuyển sang xã hội độc lập với nhau, các nữ hoàng sử dụng các kích thích tố hydrocacbon tương tự để ngăn chặn chức năng sinh sản của người lao động. Sự bảo thủ tiến hóa của những tín hiệu hóa học này cho thấy rằng việc từ chối chăn nuôi của người lao động đã phục vụ lợi ích di truyền không chỉ của nữ hoàng, mà còn cả những người lao động, và do đó các nhân vật không tham gia vào "cuộc chạy đua vũ trang tiến hóa" với nhau. Trong tổ tiên của màng trinh công cộng, những chất này dường như được sử dụng như là kích thích tố nữ bình thường và được sử dụng bởi phụ nữ để chứng tỏ sự sẵn sàng của họ cho chăn nuôi và thu hút con đực.

Tính năng quan trọng nhất của động vật eusocial (xemeusociality) – một sự phân chia nghiêm ngặt các chức năng sinh sản giữa các cây đúc. Trong khi một số cá nhân (vua và hoàng hậu) nhân lên, những người khác (công nhân) không tự tạo ra con cái của mình và cống hiến cả đời cho công việc xã hội hữu ích: xây dựng và bảo vệ tổ, chăm sóc thế hệ trẻ và cá nhân sinh sản.

Eusociality nhiều lần xuất hiện trong quá trình tiến hóa ở các loài động vật khác nhau (xem tin tức. Eusociality, Elements, ngày 29 tháng 9 năm 2010; Diggers Lazy thực hiện những kỳ công trong thời tiết mưa, Elements, ngày 10 tháng 4 năm 2006). Đặc biệt dễ bị phát triển eusocial là côn trùng Hymenoptera (ong bắp cày, ong, ong vằn, kiến). Theo sự tái hiện tiến hóa hiện đại, tính từ thiện trong Hymenoptera đã phát triển độc lập ít nhất 10 lần (xem: Sự tiến hóa của hợp tác và chủ nghĩa Altru).

Người ta biết rằng chức năng sinh sản của các cá nhân làm việc trong màng trinh bị ức chế do một số chất được giải phóng bởi con cái cái (queens). Nếu bạn loại bỏ các nữ hoàng từ tổ, công nhân của nhiều loài màng trinh công cộng bắt đầu đẻ trứng của mình, đó là, chức năng sinh sản của họ được phục hồi.Bản chất hóa học của các chất tín hiệu này cho đến nay đã được giải mã chỉ trong một vài loài: trong kiến ​​đất của chi Lasius và ong mật Apis mellifera. "Pheromone hoàng gia" của kiến ​​và ong hóa ra khác nhau, và các chất ong ít nhiều độc đáo, và kiến ​​tương tự cấu trúc với kích thích tố nữ bình thường, trong đó nữ giới của nhiều loài côn trùng quảng cáo sự sẵn sàng sinh sản của chúng (hydrocacbon bão hòa với chuỗi dài).

Những sự kiện trên không đủ để hiểu nguồn gốc của hệ thống thông tin hóa học quan trọng nhất này, nhờ sự phân chia đẳng cấp được duy trì trong các côn trùng xã hội.

Nhóm nghiên cứu quốc tế từ Bỉ, Úc, Mỹ, Pháp và Anh quản lý để có được dữ liệu còn thiếu trong quá trình nghiên cứu các chất được tiết ra bởi các nữ hoàng của ba loài cây thánh ca eusocial: ong phổ biến, ong đất và á hậu (Hình 1). Các tác giả đã so sánh các bộ phân tử hữu cơ trên lớp biểu bì của nữ hoàng và công nhân và chọn những chất mà nữ hoàng sản xuất nhiều hơn công nhân. Đặc biệt chú ý đến hydrocacbon.Các chất được chọn theo cách này sau đó được tổng hợp nhân tạo với số lượng đủ để nghiên cứu thực nghiệm tác động của chúng lên chức năng sinh sản.

Các chất được kiểm tra khả năng ức chế sự phát triển buồng trứng trong công nhân của ba loài được nghiên cứu (nhớ lại rằng ở Hymenoptera, công nhân luôn là nữ, và nam giới tốt cho không có gì ngoại trừ sinh sản). Đối với điều này, các tác giả sử dụng các gia đình mà từ đó các nữ hoàng đã được gỡ bỏ. Một lượng nhỏ của một trong những "kích thích tố" hoàng gia (xấp xỉ nhiều như được sản xuất bởi một tử cung) hòa tan trong pentan được chuyển hàng ngày đến tổ. Các gia đình kiểm soát nhận được cùng một lượng pentan tinh khiết. Sau thời gian đủ để người lao động phát triển buồng trứng (từ hai đến ba tuần cho các loài khác nhau), người lao động đã mở và so sánh tỷ lệ cá nhân có buồng trứng phát triển và không phát triển trong kinh nghiệm và kiểm soát.

Kết quả là, nó đã có thể xác định một số chất cản trở sự phát triển của buồng trứng trong công nhân. Những chất này tác động lên khả năng sinh sản của người lao động giống như sự hiện diện của một nữ hoàng sống. Tất cả các chất được bão hòa với hydrocacbon với các phân tử dài, tuyến tính hoặc với một nhóm bên methyl."Pheromone hoàng gia" đã được xác định trước đây có cấu trúc giống nhau, ngăn cản việc làm của kiến ​​từ chăn nuôi Lasius (cấu trúc phân tử được thể hiện trong hình 2 bên phải).

Sau đó, các tác giả so sánh dữ liệu thu được với các thông tin có sẵn trong các tài liệu về các phân tử hữu cơ có mặt với số lượng khác nhau trên lớp biểu bì của nữ hoàng và công nhân của các loài khác nhau của màng trinh công cộng. Kết quả là một sự tái thiết tiến hóa thể hiện trong hình. 2

Hình 2 Lịch sử tiến hóa của các tín hiệu hóa học được sử dụng bởi phụ nữ hymenoptera nữ để chứng minh khả năng sinh sản và ngăn chặn chức năng sinh sản của người lao động. Sọc ngang các sắc thái khác nhau cho thấy sự chuyển tiếp song song (độc lập) thành eusociality diễn ra: hai nhóm ong bắp cày, hai nhóm ong và kiến ​​(sự độc lập của quá trình chuyển đổi không được thể hiện trong hình, nó được thiết lập trước đó trên cơ sở tái tạo phát sinh chi tiết). Màu sắc khác nhau Các lớp kích thích tố được sản xuất với số lượng khác nhau bởi nữ hoàng và công nhân được thể hiện. Biểu đồ hình tròn nhỏ phản ánh xác suất tại thời điểm này ở các giống cái tiến hóa cây đã sinh ra các kích thích tố của lớp tương ứng (sơ đồ chỉ được đưa ra khi xác suất này vượt quá 50%). Khung Tên của các loài mà vai trò của các kích thích tố tương ứng trong việc ức chế chức năng sinh sản của người lao động đã được chứng minh bằng thực nghiệm được vạch ra. Mũi tên màu đỏ ba loài, nghiên cứu chi tiết trong công việc này. Ở bên phải Cấu trúc hóa học của kích thích tố đặc trưng của sáu loài được thể hiện: A – ong Vespula vulgaris, B – ong Apis mellifera, C – ong Bombus terrestris, DF – kiến Cataglyphis iberica, Lasius flavus, Lasius niger. Con số này cho thấy rằng trong tổ tiên chung cuối cùng của năm nhóm côn trùng eusocial, bản thân nó là duy nhất (không phải xã hội), con cái có xác suất cao đã sử dụng hydrocacbon bão hòa như pheromones. Điều tương tự cũng áp dụng cho tổ tiên trước mắt của từng nhóm trong số năm nhóm eusocial. Việc sử dụng các chất khác (hydrocacbon chưa bão hòa, este, vv) là việc mua lại một số dòng tiến hóa sau này. Hình ảnh từ bài viết trong thảo luận Khoa học

Các kết luận quan trọng theo sau quá trình tái thiết này.Hệ thống truyền thông hóa học dựa trên các hydrocacbon bão hòa chuỗi dài, do đó công nhân bị cấm tham gia vào chăn nuôi, hóa ra rất bảo thủ, có nghĩa là, ít thay đổi trong quá trình tiến hóa. Trong một số dòng (ví dụ, trong ong mật), bộ tín hiệu cấm công nhân chăn nuôi đã thay đổi, nhưng đây là một sự mua lại tiến hóa sau này. Hầu hết các nhóm vẫn sử dụng các pheromone gốc, tổ tiên.

Việc tái thiết cho thấy các nhóm Hymenoptera khác nhau, độc lập được chuyển giao cho eusociality, là hậu duệ của tổ tiên chưa dẫn lối sống xã hội, nhưng đã có thể tạo ra những phân tử tín hiệu này. Tại sao họ làm điều này, sống một mình và không cần con gái giúp đỡ không sinh sản?

Hầu như chắc chắn, những tín hiệu hóa học này thường là những kích thích tố nữ giới tính thông thường. Phụ nữ của côn trùng đơn độc thường sử dụng pheromone hydrocacbon để thông báo cho người thân của họ về khả năng sinh sản của họ (sẵn sàng cho sinh sản). Điều này rất hữu ích cho việc thu hút nam giới, và đôi khi nó có thể hữu ích cho việc dọa các nữ giới cạnh tranh.Ví dụ, những người ký sinh trùng nữ đẻ trứng trong cơ thể của các loài côn trùng khác, với sự trợ giúp của các kích thích tố hydrocacbon, thông báo cho các đối thủ cạnh tranh rằng quả trứng đã bị trì hoãn vì sự hy sinh này. Riders, bằng cách này, cũng thuộc về thứ tự của Hymenoptera. Dù sao, việc sản xuất các hydrocacbon dạng mạch đặc hiệu bởi phụ nữ màu mỡ là một đặc điểm chung của nhiều loại côn trùng. Có thể ban đầu những chất này thậm chí không phải là kích thích tố, nhưng chỉ thỉnh thoảng là sản phẩm phụ của hoạt động tích cực của buồng trứng.

Một số nhà lý thuyết cho rằng "xung đột của các thế hệ" có thể đóng một vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của tính từ thiện: các bà mẹ có lợi cho hầu hết các con gái của bà không sinh sản, nhưng giúp bà nuôi dạy những đứa trẻ khác, trong khi con gái tự tái tạo một cách độc lập. Do đó, các bà mẹ phải học cách điều khiển con gái một cách hiệu quả. Mặt khác, lý thuyết lựa chọn thân nhân (xem lựa chọn thân) nhấn mạnh rằng bằng cách giúp nuôi chị em (một số người sẽ tạo ra gia đình riêng của họ), cá nhân làm việc góp phần vào sự lây lan của các gen của chính anh ta. Thật vậy, trong bộ gen của các chị em, nhiều gen hoàn toàn giống nhau.Điều này đặc biệt đúng đối với hymenoptera, trong đó, do đặc điểm di truyền của chúng (xem haplodiploidy), chị em là họ hàng gần gũi hơn mẹ và con gái. Do đó những thứ khác bằng nhau một con ong cái hay ong cái lan truyền gien của nó thậm chí còn hiệu quả hơn, chăm sóc các chị em, hơn là sản sinh ra con gái của chính nó.

Nếu sự tiến hóa của eusociality được xác định bởi cuộc xung đột của các thế hệ, thì giữa các bà mẹ và con gái có một "cuộc chạy đua vũ khí" vô tận. Các thích ứng giúp các bà mẹ thao túng con gái để họ không nhân lên, cũng như những sự thích nghi giúp các cô con gái chống lại những thao tác này, phải được giải quyết. Trong trường hợp này, hệ thống trao đổi hóa học được thảo luận (mà sau đó sẽ được gọi là hệ thống thao tác hóa học) nên đã thay đổi rất nhanh chóng trong quá trình tiến hóa. Một cái gì đó tương tự được quan sát, ví dụ, trong cuộc đua vũ khí vĩnh cửu giữa vi khuẩn gây bệnh và phương tiện bảo vệ miễn dịch.

Tuy nhiên, các tín hiệu hóa học ngăn chặn sự sao chép của các cá nhân làm việc, ngược lại, hóa ra lại rất bảo thủ.Điều này có nghĩa là cuộc đua vũ trang, rất có thể, đã không đóng một vai trò quyết định trong sự tiến hóa của eusociality. Lý thuyết lựa chọn thân chọn làm cho phát hiện tốt hơn. Nói cách khác, việc từ chối một cá nhân làm việc để tái sản xuất với sự hiện diện của một nữ hoàng màu mỡ trong tổ, như một quy luật, không chỉ mang lại lợi ích cho nữ hoàng và các hậu duệ khác của cô mà còn cho cả cá nhân làm việc. Bằng cách hành động theo cách này, cá nhân làm việc đã truyền lại nhiều bản sao của gen của nó cho các thế hệ tiếp theo.

Do đó, nó không phải là vấn đề của nữ hoàng, mà là thông tin liên lạc.

Trong giai đoạn đầu của sự phát triển của eusociality, phụ nữ phản ứng với các kích thích tố nữ của mẹ hoặc em gái bằng cách giảm chức năng sinh sản, bởi vì điều này tương ứng với lợi ích di truyền của riêng họ. Trong khi một người thân tương đối sung túc ở gần, nó có lợi hơn (về mặt hiệu quả của việc phát tán gen của riêng mình) để giúp cô nuôi dưỡng con cái và bảo vệ tổ chung hơn là tự sinh sản. Nhưng nếu khả năng sinh sản của người tương đối giảm (có thể được đánh giá bằng việc giảm số lượng kích thích tố nữ trong tổ), các cá thể khác bắt đầu tự sinh sản, lần lượt tạo ra kích thích tố mà đối tác của họ có thể phản ứng bằng cách giảm chức năng sinh sản.Vì vậy, dần dần, các kích thích tố nữ thông thường đã thay đổi chức năng, biến thành một tín hiệu chuyên biệt, ngăn cấm công nhân nhân lên và hỗ trợ sự phân chia của gia đình thành các cây đúc.

Nghiên cứu này làm cho chúng ta suy nghĩ về các mô hình chung của sự tiến hóa của các hệ thống truyền thông. Trong trường hợp này, thay đổi diễn ra không dựa trên thực tế là tín hiệu truyền đã thay đổi hoặc bắt đầu mang theo một số thông tin mới, nhưng trên thực tế là bên nhận thức bắt đầu phản ứng với nó theo một cách mới phù hợp với sở thích di truyền của chính nó.

Nguồn:
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. Consered Class Of Queen Pheromones Dừng các nhân viên côn trùng xã hội từ việc tái tạo // Khoa học. 2014. V. 343. P. 287-290.
2) Michel Chapuisat. Mùi Giống Nữ hoàng Kể từ khi Cretaceous // Khoa học. 2014. V. 343. P. 254-255. – một bản tóm tắt ngắn gọn của bài viết đang được thảo luận.

Xem thêm:
1) Pheromone không thu hút, nhưng làm cho bạn nghĩ rằng, "Elements", 10/19/2009.
2) Sự tiến hóa của sự hợp tác và lòng vị tha.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

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