Кастовая принадлежность у термитов предопределена генетически

До сих пор считалось, что принадлежность термита к той или иной касте зависит только «от воспитания», то есть от того, чем его кормят другие термиты и какие феромоны они при этом выделяют.


Японские и австралийские исследователи показали, что так обстоит дело, по-видимому, только у примитивных видов. У более продвинутых форм, таких как распространенный в Японии Reticulitermes speratus, кастовая принадлежность предопределена генетически. Один-единственный ген, расположенный в Х-хромосоме, определяет, по какому из двух возможных путей пойдет развитие насекомого.

У общественных насекомых из отряда перепончатокрылых (муравьев, ос, пчел, шмелей) роль самцов в общественной жизни сведена к минимуму — они нужны только для размножения и больше ни для чего. Все работы по постройке и защите гнезда, уходу за молодью и добыче пропитания возложены на самок. Кем станет данная самка, рабочей особью, отказавшейся от участия в размножении ради заботы о сестрах, или царицей — основательницей новой колонии, зависит исключительно «от воспитания». Второстепенная роль самцов у перепончатокрылых тесно связана с тем обстоятельством, что они развиваются из неоплодотворенных яиц (то есть партеногенетически) и поэтому являются гаплоидными (имеют одинарный набор хромосом). Это делает их, упрощенно говоря, генетически неполноценными существами, на которых лучше не полагаться в сложных и ответственных делах.

У термитов всё по-другому. Самцы у них диплоидные, развиваются из оплодотворенных яиц и наравне с самками служат как рабочими, так и солдатами. У примитивных видов термитов кастовая принадлежность насекомого зависит, как и у муравьев, только от воспитания, и вплоть до весьма поздних стадий индивидуального развития сохраняется возможность выбора. У более эволюционно продвинутых видов, таких как Reticulitermes speratus, судьба насекомого становится предопределенной уже ко времени второй личиночной линьки (см. рисунок).

С этого момента развитие насекомого идет по одному из двух путей — «пути нимфы» или «пути рабочего», причем перейти с одного пути на другой уже нельзя.

У нимф образуются зачатки крыльев, и в конце концов они становятся крылатыми взрослыми термитами, способными улететь из гнезда и основать новую колонию.

У рабочих зачатки крыльев не образуются, крылатыми они стать не могут, но некоторые из них после пятой или шестой линьки могут быть призваны на военную службу — стать солдатами.

Термитники живут десятилетиями и, как всякое большое и серьезное предприятие, они располагают средствами для поддержания своей стабильности и жизнеспособности. Гибель царя или царицы в термитнике — дело довольно обычное, и это вовсе не приводит автоматически к смерти всей колонии. В отсутствие размножающихся особей роль «и.о. царя и царицы» могут взять на себя как рабочие бескрылые самцы и самки, так и нимфы с зачатками крыльев. Они приступают к размножению, сохраняя внешний вид ювенильных (неполовозрелых) особей. Размножающихся рабочих называют «эргатоидами», размножающихся нимф — «нимфоидами».

Кроме того, самки всех трех сортов (царицы, нимфоиды и эргатоиды) могут в отсутствие самцов размножаться партеногенетически. Всё потомство при этом оказывается женского пола (у большинства термитов, как и у многих других животных и у людей, самки имеют набор половых хромосом XX, самцы – XY). В отличие от большинства перепончатокрылых, у которых партеногенетическое потомство гаплоидное, у термитов оно диплоидное, то есть имеет двойной набор хромосом. Это происходит за счет простого удвоения гаплоидного хромосомного набора яйцеклетки, поэтому такие термиты оказываются гомозиготными по всем генам (каждый ген представлен двумя идентичными копиями).

Японские и австралийские энтомологи провели серию экспериментов, целью которых было выяснить, чем определяется выбор одного из двух путей развития — воспитанием или генотипом. Для этого они скрещивали между собой в разных комбинациях нимфоидов с эргатоидами, а также заставляли самок размножаться партеногенетически.

Каждой размножающейся паре и каждой партеногенетической самке давали «в помощь» 50 рабочих-самок из другой, неродственной колонии (присутствие рабочих стимулирует откладку яиц). Все отложенные яйца ежедневно забирались из искусственных термитников и отдавались на «воспитание» пятидесяти рабочим-самцам, тоже из неродственной колонии. Таким образом, все личинки воспитывались в одинаковых условиях и в отсутствие размножающихся особей (превращение рабочих в эргатоидов — дело не быстрое, оно занимает 30–40 дней). После третьей линьки ученые регистрировали пол каждой личинки и ее кастовую принадлежность (рабочая или нимфа).

Полученные результаты (см. рисунок) четко показали, что каста зависит не столько от воспитания, сколько от генотипа, причем ключевую роль в определении кастовой принадлежности играет один-единственный ген, локализованный в X-хромосоме.

Результаты, действительно, получились крайне интересные. Несколько упрощая картину, их можно описать следующим образом:

1) партеногенетическое потомство самок-нимфоидов на 100% состояло из самок-нимф;
2) партеногенетическое потомство самок-эргатоидов наполовину погибло, а почти все выжившие оказались самками-нимфами;
3) потомство от скрещивания самок-нимфоидов с самцами-нимфоидами наполовину состояло из самок-рабочих, наполовину — из самцов-рабочих;
4) потомство от скрещивания самок-нимфоидов с  самцами-эргатоидами наполовину состояло из самок-нимф, наполовину — из самцов-рабочих;
5) потомство от скрещивания самок-эргатоидов с самцами-нимфоидами на четверть погибло, а остальные 3/4 состояли в равной пропорции из самцов-нимф, рабочих-самок и рабочих-самцов;
6) потомство от скрещивания самок-эргатоидов с самцами-эргатоидами состояло из самок-нимф, самцов-нимф, самок-рабочих и самцов-рабочих в равной пропорции (1:1:1:1).

Простейшим объяснением полученных результатов является следующая генетическая модель. В X-хромосоме имеется ген (исследователи назвали его worker), который существует в двух аллельных вариантах: A и B. Это дает три возможных генотипа для самок и два для самцов:

XAXA — самка-нимфа,
XAXB — самка-рабочая,
XBXB — леталь (погибает),
XBY — самец-нимфа,
XAY — самец-рабочий.

Дополнительные эксперименты показали, что генетическая детерминация кастовой принадлежности не является абсолютно строгой (воспитание может, например, сделать часть генетических самок-нимф самками-рабочими), но в целом каста зависит от генов намного сильнее, чем от воспитания.

Исследователи полагают, что система генетической детерминации каст возникла как надстройка над исходной «воспитательной» системой. Это дало термитам ряд преимуществ. Образно говоря, строгие законы генетики регулируют кастовый состав колонии более надежно, чем менее строгие законы общественной жизни. Например, генетическая детерминация каст гарантирует, что в молодой колонии, пока основавшие ее царь (XBY) и царица (XAXA) еще живы и полны сил, будут появляться на свет только рабочие особи (XAXB и XAY). Это дает возможность молодой колонии расти быстрее, не тратя энергию на производство крылатых особей. Нимфы начнут появляться только после того, как родители-основатели зачахнут или погибнут, и часть рабочих превратится в эргатоидов.

Авторы предложили также эволюционную модель, объясняющую, в какой последовательности должны были появляться и распространяться аллели гена worker. Сначала должен был распространиться аллель A, что привело к появлению генетически детерминированных рабочих-самцов. Поскольку рабочих-самцов стало больше, это автоматически привело к тому, что среди крылатых выросла доля самок. Это, в свою очередь, создало предпосылки для распространения аллеля B, который сделал генетически детерминированными также и рабочих-самок, а заодно и «выровнял» соотношение полов среди крылатых. То, что в результате иногда стали откладываться нежизнеспособные яйца с генотипом XBXB, было своеобразной «платой» за полученные преимущества.

Модель предсказывает, что в процессе перехода от «воспитательной» детерминации каст к «генетической» должны были появляться своеобразные переходные формы термитов с резко неравным соотношением полов в некоторых кастах. Нечто подобное действительно наблюдается у некоторых термитов. В частности, известно несколько видов, у которых все рабочие и (или) все эргатоиды относятся только к одному полу. Вполне возможно, что переход к генетической детерминации кастовой принадлежности за счет появления тех или иных регуляторных аллелей в половых хромосомах происходил (и продолжает происходить) многократно в разных эволюционных линиях термитов.    
автор: Александр Марков
Кроме того...
Торговое судно Beluga с парусом
Век парусных судов давно прошел, но идея использовать тяговую силу ветра до сих пор не оставляет искателей альтернативной энергии...
Европа намерена отправить на Титан воздушный шар
Европейское космическое агентство (ESA) рассматривает несколько потенциальных космических миссий на следующие...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Телепортация - фантастика или реальность?
Телепортация - фантастика или реальность? Телепортация - фантастика или реальность?
Реальность телепортации остаётся одной из самых спорных тем, в нашем мире. Никому пока не удалось телепортировать что-то более- менее осязаемое, но и доказать невозможность этого не могут
Ученые предлагают расширить лучевую оптику за теоретические пределы
Ученые предлагают расширить лучевую оптику за теоретические пределы Ученые предлагают расширить лучевую оптику за теоретические пределы
Возможности лучевой оптики можно расширить, научившись работать со световым потоком в субволновых масштабах, сообщает группа ученых из Калифорнийского университета в Беркли
Рекордное ускорение твёрдого тела в 10 миллиардов g
Рекордное ускорение твёрдого тела в 10 миллиардов g Рекордное ускорение твёрдого тела в 10 миллиардов g
Физики из американской национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories) ускорили маленький снаряд от нуля до скорости 122 тысячи 300 километров в час за доли секунды
Все лекарства в одной частице
Все лекарства в одной частице Все лекарства в одной частице
Американские исследователи предложили интересное использование суперпарамагнитных наночастиц для доставки лекарств, генов, а также для терапии опухолей
Колесо Галилео на ходу меняет гусеницы
Колесо Галилео на ходу меняет гусеницы Колесо Галилео на ходу меняет гусеницы
Скажите, как перемещается ваш робот, — и мы скажем, кто вы. А что? Вот если он просто едет на колёсах — то вы не творческая личность. Если катится на гусеницах — то с вашей креативностью дело уже получше
Мобильный телефон в виде шариковой ручки
Мобильный телефон в виде шариковой ручки Мобильный телефон в виде шариковой ручки
Времена меняются, технологии не стоят на месте, и обычного вида шариковая ручка уже на самом деле может ею и не являться
Новый инструмент поможет в борьбе с контрабандой ядерных материалов
Новый инструмент поможет в борьбе с контрабандой ядерных материалов Новый инструмент поможет в борьбе с контрабандой ядерных материалов
Сотрудники Американской национальной исследовательской лаборатории Сандия разработали новое устройство, которое в перспективе, вполне возможно, облегчит обнаружение контрабандных ядерных материалов
RHex – робот-вездеход
RHex – робот-вездеход RHex – робот-вездеход
RHex – не просто очередной робот; его особенность в первую очередь в том, что он практически «вездеходен»
Открыта спиральная галактика с обратными рукавами
Открыта спиральная галактика с обратными рукавами Открыта спиральная галактика с обратными рукавами
Жене Бёрд (Gene Byrd) и Рон Бута (Ron Buta) из университета Алабамы (University of Alabama)
Звезда надувает пузыри
Звезда надувает пузыри Звезда надувает пузыри
Орбитальный инфракрасный телескоп "Спитцер" сфотографировал молодую звезду HH 46/47, расположенную в 1140 световых годах от Солнечной системы
Наблюдения за тёмной материей, возможно, уменьшают срок жизни Вселенной
Наблюдения за тёмной материей, возможно, уменьшают срок жизни Вселенной Наблюдения за тёмной материей, возможно, уменьшают срок жизни Вселенной
Профессор Лоуренс Краус и его коллега, Джеймс Дент, считают, что изучение исследователями тёмной энергии напрямую влияет на срок жизни Вселенной
Хроники безумной кометы
Хроники безумной кометы Хроники безумной кометы
В ночь на 24 октября 2007 года по неизвестным причинам резко увеличилась яркость короткопериодической кометы Холмса. За считанные дни яркость возросла в полмиллиона раз
Сидячая работа намного более опасна, чем считалось ранее
Сидячая работа намного более опасна, чем считалось ранее Сидячая работа намного более опасна, чем считалось ранее
Исследование Университета МиссуриUniversity of Missouri-Columbia показало, что сидячая работа намного более опасна, чем считалось ранее
Чужие заработки стимулируют работу мозга
Чужие заработки стимулируют работу мозга Чужие заработки стимулируют работу мозга
Нейрофизиологи Боннского Университета (University of Bonn) установили, что информация о чужих заработках стимулирует людей работать лучше, особенно если эти люди знают, что коллеги получают меньше них
Стволовые клетки помогут лечить склерозы и артриты
Стволовые клетки помогут лечить склерозы и артриты Стволовые клетки помогут лечить склерозы и артриты
Тысячи больных различными формами артритов и рассеянного склероза получили надежду на исцеление благодаря стволовым клеткам
Бодрящая гипоксия
Бодрящая гипоксия Бодрящая гипоксия
Если у вас депрессия, но при этом хватит сил три раза подряд залезть на "пятитысячник", то от болезни не останется и следа. А если нет возможности совершить настоящее восхождение
Один голос хорошо, а два - лучше
Один голос хорошо, а два - лучше Один голос хорошо, а два - лучше
Наверное, вы слышали о программе по спасению белых журавлей - стерхов, которые гнездятся только на территории нашей страны и находятся под угрозой вымирания
Кастовая принадлежность у термитов предопределена генетически
Кастовая принадлежность у термитов предопределена генетически Кастовая принадлежность у термитов предопределена генетически
До сих пор считалось, что принадлежность термита к той или иной касте зависит только «от воспитания», то есть от того, чем его кормят другие термиты и какие феромоны они при этом выделяют
11 феноменальных фотографий Земли
11 феноменальных фотографий Земли 11 феноменальных фотографий Земли
11 невероятных фотографий, сделанных из космоса, которые иллюстрируют некоторые географические особенности Земли и пугающую непредсказуемость природы
Белки сажают лес
Белки сажают лес Белки сажают лес
Маньчжурских белок можно привлекать для восстановления кедровников в широколиственных лесах. По мнению специалистов Горнотаежной станции и Биолого-почвенного института ДВО РАН, они сделают это намного успешнее
Русские валенки
Русские валенки Русские валенки
Слово "валенок" часто вызывает у нас улыбку как нечто устаревшее и просто забавное. Но, несмотря на все современные технологии, не придумали для нашей суровой зимы ничего более удобного и теплого, чем русские валенки
Тест, который вас удивит
Тест, который вас удивит Тест, который вас удивит
Этот тест вас удивит! Ненужно ни бумаги, ни карандаша

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • 11 феноменальных фотографий Земли11 феноменальных фотографий Земли
    11 невероятных фотографий, сделанных из космоса, которые иллюстрируют некоторые географические особенности Земли и пугающую непредсказуемость природы
  • Белки сажают лесБелки сажают лес
    Маньчжурских белок можно привлекать для восстановления кедровников в широколиственных лесах. По мнению специалистов Горнотаежной станции и Биолого-почвенного института ДВО РАН, они сделают это намного успешнее
  • Кастовая принадлежность у термитов предопределена генетическиКастовая принадлежность у термитов предопределена генетически
    До сих пор считалось, что принадлежность термита к той или иной касте зависит только «от воспитания», то есть от того, чем его кормят другие термиты и какие феромоны они при этом выделяют
  • Один голос хорошо, а два - лучшеОдин голос хорошо, а два - лучше
    Наверное, вы слышали о программе по спасению белых журавлей - стерхов, которые гнездятся только на территории нашей страны и находятся под угрозой вымирания
  • История изобретений
  • Русские валенкиРусские валенки
    Слово "валенок" часто вызывает у нас улыбку как нечто устаревшее и просто забавное. Но, несмотря на все современные технологии, не придумали для нашей суровой зимы ничего более удобного и теплого, чем русские валенки
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
075