Секрет эволюции этих насекомых — в упрощении генов
От тараканьей жизни к организованным «городам»
Термиты — одни из самых успешных живых существ на Земле, они образуют огромные сообщества, насчитывающие миллионы особей. Но как термитам, образующим такие сложные социальные системы, удалось эволюционировать из их предков-одиночек, внешне очень похожих на современных тараканов?
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Science, нашли удивительный ответ на этот вопрос: термиты стали более сложными в социальном плане не за счет приобретения в ходе эволюции новых генов, а за счет их утраты. В том числе речь о генах, связанных с конкуренцией сперматозоидов, так как эти насекомые от полигамии перешли к моногамии.
Международная группа исследователей проследила эволюционный путь термитов вплоть до обычных тараканов, включая предков современных «домашних» тараканов, которые в какой-то момент начали жить внутри упавших деревьев и питаться мертвой древесиной. Этот сдвиг в рационе запустил каскад генетических и социальных изменений, которые в конечном итоге привели к появлению современных термитов и их высокоорганизованных колоний.
Чтобы выявить эти изменения, исследователи секвенировали и сравнили геномы тараканов, древесных тараканов — их близких родственников, живущих небольшими семейными группами, — и нескольких видов термитов с разным уровнем социальной сложности.
Одним из самых поразительных открытий стало то, что геномы термитов и древесных тараканов оказались меньше и проще, чем геномы тараканов. Многие гены, связанные с метаболизмом, пищеварением и размножением, были утрачены, поскольку термиты стали все больше зависеть от сотрудничества и обмена пищей внутри колонии.
Зачем сперматозоиду хвост
В частности, термиты утратили гены, отвечающие за развитие хвоста (жгутика) у сперматозоида, благодаря которому тот продвигается вперед, к яйцеклетке. В отличие от тараканов и большинства других животных, сперматозоиды термитов не имеют хвостов и совершенно неподвижны.
У большинства животных, включая тараканов, самки спариваются с несколькими самцами. Это создает интенсивную конкуренцию между сперматозоидами, в которой побеждают те, кто быстрее двигается. У термитов размножение устроено иначе — репродуктивными особями в колонии являются только король и королева, которые спариваются только между собой. Как только предки термитов стали моногамными, конкуренция между сперматозоидами исчезла, и хвосты им стали больше не нужны, эволюционное давление на поддержание генов, участвующих в подвижности сперматозоидов, прекратилось.
«То есть термиты увеличили свою социальную сложность, потеряв генетическую сложность. Это противоречит распространенному предположению о том, что более сложные животные сообщества требуют более сложных геномов», — отметил ведущий автор исследования, профессор Натан Ло из Сиднейского университета (Австралия).
Исследователи также узнали много нового о том, как организованы сообщества термитов изнутри. Эксперименты показали: станет ли молодой термит рабочей особью или будущим правителем колонии, в значительной степени зависит от питания на ранних стадиях развития.
Личинки, получающие обильное питание от старших собратьев, развивают высокий энергетический метаболизм и становятся рабочими особями, которые не размножаются. Те, кто получает меньше пищи, сначала растут медленно и сохраняют потенциал для размножения в более позднем возрасте, то есть для превращения в королей или королев.
«Эти петли обратной связи, основанные на обмене пищей, позволяют колониям точно настраивать свою систему, связанную с рабочей силой. Они помогают объяснить, как термиты поддерживают стабильные, высокоэффективные сообщества в течение длительных периодов времени».
Натан Ло
биолог-эволюционист
Тараканы, в свою очередь, тоже не лыком шиты: чтобы захватить мир, им потребовалось пройти огромный путь, который занял 1200 лет.