_ Ce este complicatul social viețile viespilor ne pot învăța despre evoluția societăților animale

Este primăvară în Anglia. Narcisele sunt în plină floare. O viespe regina jachetă galbenă (Vespula) iese din podul tău, înnebunită de hibernare și înfometată de nectar. Ea începe să construiască un cuib de hârtie în care să-și crească o familie. Va fi o familie numeroasă. Dar, deocamdată, lucrează singură.

Viespile sunt puțin studiate în comparație cu alte insecte sociale, cum ar fi albinele și furnicile. Dar societățile de viespi sunt un exemplu fascinant de insectă socială (o insectă care trăiește într-un grup), deoarece societățile lor sunt atât de variate. Comparând componența lor genetică cu alte insecte sociale ne ajută să înțelegem cum au evoluat societățile animale.

Pentru studiul nostru publicat în Nature Communications, echipa mea a secvențiat genele implicate în comportamentul social de la nouă specii de viespi pentru a explora ceea ce face o regină (sau o lucrătoare). Ceea ce am descoperit provoacă o viziune științifică populară despre mașinile moleculare care face ca societățile de insecte să funcționeze.

Diviziunea comună a muncii, sub formă de caste de regine și lucrătoare, este secretul succesului pentru toate insectele sociale. Castele au evoluat independent de cel puțin opt ori în Hymenoptera — adică albinele, viespile și furnicile.

Când eclozează primul ei pui, regina vesta galbenă devine un producător de ouă dedicat. Puii ei lucrători vor prelua extinderea cuibului și căutarea de pradă pentru a hrăni frații bebeluși. Muncitoarele nu vor fi niciodată regine. Asemenea țesuturilor din corpul tău, regina și lucrătorii ei împart treburile societății între ei: cooperarea fără întreruperi între două forme de viespe.

Dimpotrivă, în alte societăți, precum viespile Metapolybia din Trinidad, multe regine iar muncitorii vor căuta împreună un nou loc de cuibărit. Roiul selectează un trunchi de copac și începe să construiască un cuib de hârtie care seamănă cu un pat de vacă.

Deocamdată, sunt multe matci și multe lucrătoare, dar după câteva săptămâni de creștere a cuibului, o singură matcă. domnește. Oamenii de știință nu știu cum este aleasă regina, dar cei care nu fac tăierea finală acționează ca lucrătoare. Tinerii lucrători Metapolybia sunt „totipotenți”, ceea ce înseamnă că pot deveni regină dacă regina rezidentă moare. Lucrătorii mai în vârstă, însă, au trecut printr-o formă de „menopauză” a insectelor și nu se pot reproduce.

Alte societăți de viespi sunt mai simple. Luați viespile de hârtie Polistes care trăiesc de-a lungul malurilor Canalului Panama, unde cuiburile lor atârnă ca tălpile pantofilor vechi din copaci, poduri și case. Zeci de corpuri de castan stau pe un cuib: fiecare femela este totipotentă, dar o singură viespe este regină la un moment dat. Când regina moare, ierarhia se rupe și se luptă cu fericiți pentru a o înlocui.

Datorită progreselor în biologia moleculară, știm acum că reginele și lucrătoarele din societățile de insecte sunt expresii diferite ale aceluiași genom (întregul genom). set de instrucțiuni ADN găsite în interiorul unei celule). Diferențele fiziologice și comportamentale care permit castelor să își îndeplinească sarcinile de specialitate se datorează faptului că genele comune ale coloniei sunt activate diferit. Sute de gene separă matcile de lucrătoarele albinelor. Unele dintre aceleași gene separă caste în furnici de foc, bondari și viespi de hârtie. Există un set de instrumente social comun.

Cel puțin așa credeau oamenii de știință.

O problemă este că este dificilă compararea datelor din diferite specii, metode și laboratoare. Nu comparați ca pentru ca. Cercetătorii tind să se concentreze pe câteva specii populare și diferite laboratoare pot genera rezultate în moduri diferite. Este dificil să comparăm seturi de date, deoarece este ușor să cădem în capcana alegerii genelor pe care ne așteptăm să le vedem într-un set de instrumente sociale pentru „suspecții obișnuiți”.

Echipa mea a aruncat o privire la imaginea de ansamblu. Am secvențiat genele activate în creier din nouă genuri (clase biologice) de viespi sociale de pe tot globul, inclusiv reprezentanți ai unora dintre cele mai simple și mai complexe societăți cunoscute în regnul animal. Ne-am concentrat pe creier, deoarece diferențele în activarea genomului creierului modelează comportamentul cum ar fi hrănirea, împerecherea și construirea cuiburilor și fiziologie, cum ar fi producția de ouă. Am folosit, de asemenea, aceleași tehnici de eșantionare și secvențiere pentru toate speciile noastre.

Am folosit inteligența artificială (AI), deoarece computerele sunt mai bune la identificarea tiparelor decât oamenii, deoarece pot procesa modele mai complexe mai rapid. Sunt și mai obiective. Calculatorul a fost instruit să identifice castele. Apoi i-am cerut să clasifice mostrele ca matci sau lucrătoare, pe baza tiparelor cărora genele au fost activate într-o probă.

Dacă ipoteza setului de instrumente sociale era corectă, ar fi trebuit să vedem ramuri de profiluri de activare partajate pentru matci și lucrătoare din toate speciile.

Mașinile au găsit câteva dovezi în acest sens. Din peste 5.000 de gene ortologe (gene comune tuturor speciilor), computerul a identificat corect matci și lucrătoare pentru șapte din cele nouă specii. În mod intrigant, rezultatele au arătat că mătcile sunt caracterizate de gene mai inactive în comparație cu muncitoarele, poate pentru că muncitoarele îndeplinesc un repertoriu mai larg de sarcini, în timp ce mătcile sunt specialiști în depunerea ouălor.

Dar complexitatea unei societăți contează și ea. Metodele noastre AI au arătat că setul de instrumente moleculare partajat oferă rețeta de bază care este suficientă pentru societățile mai simple. Dar sunt necesare procese moleculare suplimentare pentru societățile mai complexe. În special cele care sunt superorganisme, cum ar fi viespile cu vestă galbenă.

Mașinile folosite pentru a crea un muncitor totipotent de viespi de hârtie nu este neapărat aceeași cu cea necesară pentru a face un muncitor steril steril pe viață.

Rezultatele noastre au arătat că setul de instrumente moleculare pentru viața socială este mai complex decât se credea anterior. Studiul echipei mele a descoperit că tipul de colonie influențează modul în care evoluția schimbă elementele de bază ale vieții pentru a crea societăți.

Istoria vieții complică acest lucru și mai mult. Indiferent dacă o specie își construiește noi cuiburi singură (cum ar fi vesta galbenă) sau cu un roi de alte matci și lucrătoare (cum ar fi Metapolybia) poate influența și setul de instrumente sociale.

Limitarea atenției noastre științifice la câteva specii populare a dat ne-o viziune aprinsă asupra marelui experiment al evoluției: societățile. Tranziția de la grupuri simple (cum ar fi viespile de hârtie) la mașinile extrem de complexe ale superorganismelor (cum ar fi vestele galbene) poate necesita o schimbare fundamentală în mașinile moleculare. La fel ca toate cele mai mari provocări ale vieții, inovația este cheia succesului.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

(Fluierul)