Kahe isaga ja ilma emata mesilane

Emase mesilasega, kellel on kaks isa - ja emat pole - on avastatud; esimene omataoline, mida looduses täheldatud

autor Forbesi teadlane Grrl | @GrrlScientist

Naissoost töötaja mesilane (Apis mellifera). (Krediit: Cumnor Hill, Sharp Photography / CC BY-SA 3.0)

Teadlaste meeskond avastas emase mesilase, kellel on kaks isa - ja emat pole - esimene, keda looduses täheldati. Naismesilased, sipelgad ja herilased (Hymenoptera) tekivad viljastatud munadest, millel on mõlemal vanemal üks komplekt kromosoome. isased on viljastamata munadest. Mesilastel on naistel - kuningannadel ja töötajatel - kokku 32 kromosoomi, samas kui meestel (droonidel) on ainult pool nii palju.

"Definitsiooni järgi on kõigis haplodiploidides (mesilased, sipelgad ja herilased) isane haploidne - loodud viljastamata munarakust, mis tähendab, et emal on ainult üks kromosoomide komplekt," ütles molekulaarbioloog, uuringu juhtiv autor Sarah Aamidor ja Sydney ülikooli bioloogia kraadiõppur, e-postiga.

Haplodiploidsed soo määramise süsteem võimaldavad arendada märkimisväärset hulka bioloogilisi nähtusi, sealhulgas naiste kloonimine, meeste kloonimine ja gynandromorfia. Genkandromorfil on nii mehe kui ka naise omadused ja segu mõlemast soost (ref). Gynandromorfid erinevad hermafrodiitidest, millel on nii meeste kui ka naiste reproduktiivorganid.

Mesilastel arenevad gynandromorfid tavaliselt diploidse tsügooti ja teisest seemnerakust pärineva haploidse isaskoe (ref & ref) kombinatsioonist. Selle teeb võimalikuks asjaolu, et mesilased on polüspermilised - olukord, kus rohkem kui üks sperma siseneb munarakku ja sulandub algsesse rakuklastrisse. Seejärel hakkavad need rakud jagunema ja tekivad kuded, mis saavad osa arenevast embrüost.

Kuid mis põhjustab gynandromorphi mesilast? See oli üks neist küsimustest, mis ajendas pr Aamidorit ja tema kolleege seda uuringut läbi viima (ref), kasutades mõne teise teadlase kogutud “ebanormaalseid mesilasi” eelmise uuringu läbiviimise ajal.

Euroopa mesilased (Apis mellifera) Austraalias. (Krediit: CSIRO / CC 3.0)

"Need mesilased olid imelikud, kuna nad on gynandromorfid (seksemosaadid): neil on bitti, mis näeb välja meesterahvas, ja bitti, mis näeb välja naissoost," rääkis uuringu kaasautor Isobel Ronai, kes oli sel ajal Sydney ülikooli magistrant, tweet. Twitteris (niit). "Näiteks on mesilaste mesilaste silmad palju suuremad kui naissoost silmad ja sellel gynandromorfil on meessoost silm naise kehal."

Isastel mesilasilmad on palju suuremad kui naissoost silmadel ja sellel gynandromorfil on isasilm naise kehal. (Krediit: Aamidor & Ronai, 2018, Twitteri kaudu.)

Ehkki gynandromorfid võivad tuleneda haruldasest geneetilisest mutatsioonist, pole selge, kuidas ja miks need ilmuvad. Kas see sõltub temperatuurist? Arenguõnnetus? Või…?

Mesilaste mesinike kaitsemromorfide tekkepõhjuste väljaselgitamiseks ja mesilaste mesilaste paljundamise paindlikkuse paremaks mõistmiseks eraldasid pr Aamidor ja tema kaastöötajad ühest kolooniast 11 äsja tekkinud oletatavat kaitsandromorfi mesilast ja uurisid iga mesilase erinevate kudede morfoloogiat, et tuvastada selle sugu.

“Sarah ja mina veetsime koos lõbusaid päevi koos neid kummalisi mesilasi lahutades,” säutsus dr Ronai. "Sarah analüüsis kudesid hiljem geneetilise tehnikaga, kasutades nende mesilaste ema ja isa määramiseks mikrosatelliite - sama meetodit kasutatakse ka inimeste isadustestide jaoks."

Pr Aamidor ja tema kaastöötajad leidsid neis imelikes mesilastes juhusliku segu meeste ja naiste elunditest. Samuti avastasid nad, et viiel gynandromorfil olid normaalsed munasarjad.

"Ka kolmel mesilasel olid pigem suured kuninganna moodi munasarjad kui väikeste töötajate munasarjad," dr Ronai tweet.

Ainult ühel gynadromorfil olid normaalsed meeste suguelundid, kahel teisel aga osalised suguelundid.

"Sarah ja mina lõikasime lahti kõik mesilased, mis tundusid tõeliselt imelikud, ja ütlesin talle, et peaksime lahti kiskuma viimase mesilase, normaalse välimusega emaslooma samast kolooniast, et saaksime anatoomiat võrrelda," dr Ronai säutsus. "Pärast lahtivõtmist lisati mesilane kontrollina Saara geneetilisse analüüsi."

Geneetiline analüüs näitas, et 11-l gynandromorfil üheksa oli kas kaks või kolm isa. Üllataval kombel oli ühel gynandromorfil - näiliselt normaalsel naiskontrollil - tegelikult kaks isa ja mitte ühtegi ema - sündmus, mis võis olla ainult sperma sulandumise tagajärg.

"Saara gynandromorfide geneetiline analüüs avastas ka, et ühel mesilasel oli 4 vanemat (kolm isa ja ema)!" Dr Ronai säutsus.

„Selgituseks näitab Saara diagramm 11 mesilase morfoloogilist ja geneetilist ülesehitust. Naisekude (punane) ja meeskoe (sinine). Iga mesilase sugunäärmeid tähistavad erinevad värvilised pilved. Iga isa (14x) esindab erinevat värvi sperma. Ema näidati krooniga, ”lisas dr Ronai teises säutsus.

11 kummalise mesilase põlvnemise kokkuvõte. (Krediit: Sarah Aamidor, Isobel Ronai viisakus Twitteri kaudu.)

"See on esimene aruanne mesilaste nähtustest, kus on kaks isa ja kellel pole ema hümenopterasse," ütles pr Aamidor.

"Emase mesilane, kellel oli kahe sperma liitmise tagajärjel tekkinud kaks isa, on esimene halodiploidide kohta esinenud nähtus ja see on huvitav nähtus, arvestades, et imetajate kahe sperma sulatamise katsed ei ole osutunud võimalikuks," täpsustas pr Aamidor. meilis.

See leid rõhutab putukate sotsiaalse paljunemise paindlikkust ja potentsiaalselt uusi kolooniatasandi sotsiaalseid struktuure.

"Näitame siin, et isikud koosnevad kolmest ja isegi neljast vanemlikust päritolust (üks ema ja 2-3 isad), kes loovad endiselt elava mesilase," tõi pr Aamidor meilis välja.

See uuring hakkab laiendama meie piiratud mõistmist tõeliselt ebatavalistest viisidest, kuidas seksuaalsed loomad saavad oma genoomi sulandada.

Kas gynandromorfid pakuvad meemesilastele mingit evolutsioonilist kasu?

"Gynandromorfide jaoks pole evolutsioonilist eelist," vastas pr Aamidor. "Eeldame, et gynandromorfid on geneetilised vead." Pr Aamidori sõnul eeldatakse, et kui ühes tarus leitakse suur hulk gynandromorfe, siis eeldatakse, et kuninganna kannab mutatsiooni.

Veel üks hümenopteraanide rühm, sipelgad, võivad gynandromorfidest saada evolutsioonilist kasu.

"Sipelgates on tehtud ettepanek, et gynandromorfid võisid mõjutada dimorfsete töötajate valangute arengut," lisas pr Aamidor meilis. "Kuid tõenäoliselt pole see mesilaste puhul nii, sest seal on ainult üks töötaja tüüp."

Gynandromorfe on täheldatud ka teistes liikides, sealhulgas teiste putukate puhul (olen siin kirjutanud liblikate gynandromorfidest), mõnede koorikloomade ja mõne linnuliigi kohta (olen kirjutanud lindude ja muude loomade kaitsandromorfsusest siin, siin ja siin). . Kuid mingil juhul ei ole kunagi tuvastatud ühtegi geneetilist mutatsiooni, mis käivitaks gynandromorfide arengu.

"Lisaks neile juba teadaolevatele näidetele on tõenäoliselt võrdselt erakorralisi sotsiaalseid süsteeme, mida pole veel tuvastatud ega isegi ette kujutatud," kirjutasid pr Aamidor ja tema kaastöötajad.

Allikas:

Sarah E. Aamidor, Boris Yagound, Isobel Ronai ja Benjamin P. Oldroyd (2018). Seemne mosaiigid mesilas: kuidas haplodiploidsus võimaldab uudsete paljunemisvormide arengut sotsiaalses Hymenoptera-s, ajakirjas Biology Letters, avaldatud veebis 28. novembril 2018 enne printimist | doi: 10.1098 / rsbl.2018.0670

MÄRKUS. Seda tükki redigeeriti 29. novembril 2018, et lisada Isobel Ronai tviiditud kommentaarid ja pildid.

Algselt avaldati Forbes 28. novembril 2018.