در پژوهشی منتشرشده در نشریه Nature، زیستشناسان پی بردهاند که ملکهٔ مورچهای به نام Messor ibericus توانایی تولید زادههایی را دارد که از نظر گونهزایی متفاوتاند. به بیان سادهتر، یک ملکه میتواند هم فرزندانی متناسب با گونهٔ خود و هم فرزندانی که متعلق به گونهٔ دیگر به نظر میرسند تولید کند — پدیدهای که تیم پژوهشی آن را «زنزایی غیربومی» یا xenoparous نامیدهاند.
محققان نشان دادند که در این چرخهٔ زندگی، ملکهها مردانی از گونهٔ متفاوتی را کلون میکنند تا منبع اسپرم برای تولید کارگران را تأمین کنند. نتیجه این روند، نگهداری یک خط نرِ فقط-کلونشده است که از اووس (تخمک) گونههای متفاوت منشأ میگیرد و مردانی با ژنوم و مورفولوژی متمایز از همان مادر پدید میآید؛ دو گونهای که بیش از پنج میلیون سال از جدایی تکاملی آنها میگذرد.
زمینهٔ علمی و روششناسی
پیشزمینه زیستشناسی کلنیها
ساختار اجتماعی حشرات اجتماعی پیچیدگی بالایی دارد: ملکه از طریق تصمیمگیری در فرایند تولید مثل نقش ساختاری در ترکیب کلنی ایفا میکند. با لقاح کردن تنها بخشی از تخمها، او میتواند کارگران مادهٔ عقیم (از تخمهای بارور)، آیندهٔ ملکهها (تخمهای بارور و با تغذیهٔ مناسب) و نرها (از تخمهای بارورنشده) را ایجاد کند. در مورچهها مادهها دو نسخهٔ کروموزوم دارند (دوپلویید) و نرها یک نسخه (هاپلویید)، از این رو تخمهای بارورنشده میتوانند نر تولید کنند.
گردآوری دادهها
در این پژوهش، تیم تحقیقاتی 50 لانه در جنوب فرانسه را نمونهبرداری کرد و 132 نر را از 26 کلنی مختلف M. ibericus جمعآوری نمودند. حدود نیمی از این نرها از لحاظ ظاهری شبیه M. structor بودند؛ تحلیلهای ژنتیکی نشان داد که هستهٔ (nuclear) ژنتیکیِ این نرها متعلق به M. structor است در حالی که میتوکندریهای آنها متعلق به M. ibericus است. این وضعیت نشان میدهد که این نرها از لانههای M. ibericus سر برآوردهاند اما ژنوم هستهایشان متعلق به گونهٔ دیگر است.
تفسیر، فرضیهٔ تحقیق و پیامدها
نتیجهگیری تیم پژوهشی این بود که ملکههای M. ibericus مردان M. structor را عملاً کلون میکنند. به نظر میرسد اسپرم گونهٔ دیگر اجازهٔ نفوذ به تخم را مییابد ولی پیش از لقاح کامل، مادهٔ ژنتیکی تخم حذف میشود تا تخم همچنان از نظر ژنتیکی بارورنشده باقی بماند؛ به این ترتیب ملکه یک خط نر کلونشده از گونهٔ دیگر ایجاد میکند و سپس با این کلونها جفتگیری میکند تا فرزندان هیبریدی (دوگونهای) تولید شوند که معمولاً نقش کارگر در کلنی را بر عهده میگیرند.
جزئیات مولکولی این فرایند هنوز بهطور کامل روشن نیست. گرچه کلونینگ در برخی مورچهها شناختهشده است، ترکیب کلونینگ با منشأ دو گونهٔ متفاوت پدیدهای بیسابقه است و درک آن میتواند بینشهای تازهای نسبت به مرزهای گونهای، مکانیزمهای تولید مثل و راهکارهای تکاملی در حشرات اجتماعی فراهم آورد.
«این یافته تقریباً باورناپذیر است و درک ما از زیستشناسی تکاملی را به چالش میکشد»، مایکل گودیسمن، زیستشناس تکاملی از مؤسسه فناوری جورجیا که در این مطالعه شرکت نداشت به نشریه Science گفت. «وقتی فکر میکنید همهچیز را دیدهاید، حشرات اجتماعی غافلگیری تازهای نشان میدهند.»
پیامدها برای تحقیق و آیندهٔ مطالعات
این کشف سؤالهایی بنیادین دربارهٔ چگونگی تعامل ژنومها، سازوکارهای کنترل لقاح و وابستگیهای زیستی میان گونههای همزیست مطرح میکند. ادامهٔ مطالعات میتواند بخشهایی از سازوکار حذف مادهٔ ژنتیکی تخم را آشکار کند، نقش میتوکندریهای مادری در تنظیم این فرایند را مشخص نماید و نقشی که این استراتژی در ثبات و موفقیت کلنیها دارد را روشن کند.
نظر کارشناس
دکتر سارا نیکسون، زیستشناس تکاملی (نظریهٔ فرضی): «این مکانیسم نشان میدهد که انتخاب طبیعی میتواند راهحلهای پیچیده و غیرمنتظرهای برای نیازهای اجتماعی ایجاد کند. اگر ملکهها با کلونسازی مردانی از گونهٔ دیگر منبع اسپرم پایدار بهدست میآورند و در عین حال کارگرانی تولید میکنند که مزایای ترکیبی دارند، این میتواند یک استراتژی تطبیقی قدرتمند باشد.»
نتیجهگیری
یافتههای مربوط به Messor ibericus الگوی شناختهشدهٔ تولیدمثل در حشرات اجتماعی را بازنویسی میکند: ملکهها قادرند از طریق فرآیندی شبیه به کلونینگ بینگونهای، مردانی با ژنوم متفاوت تولید و سپس از آنها برای تولید کارگران هیبرید استفاده کنند. این کشف نه تنها مرزهای تعاریف گونهای را به پرسش میکشد، بلکه مسیرهای پژوهشی جدیدی در زیستشناسی تکاملی، ژنتیک مولکولی و رفتار اجتماعی حشرات باز مینماید. درک دقیقتر این فرایند نیازمند آزمایشهای مولکولی، مطالعات جمعیتی گستردهتر و پیگیریهای میدانی هدفمند در زیستگاههای مختلف است.