作者:辛雨 来源:中国科学报 发布时间:2023/4/9 15:33:04
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蚂蚁的疯狂是基因在作祟

 

黄疯蚁得名于它们在受到干扰后所做的慌乱动作。

德国美茵茨大学的一项研究称,这些黄疯蚁之所以疯狂还有另一个原因:雄性蚂蚁是两种敌对细胞谱系的混合体。其他生物有时也会形成这样的嵌合体(通常是一种发育事故),但黄疯蚁是已知的第一种将这种特性作为生命重要方面的动物。相关研究结果发表于《科学》。

图片来源:Credit: Stephen Belcher/Nature Picture Library

美国洛克菲勒大学生物学家Daniel Kronauer认为,这是一个无与伦比的生物学领域。

黄疯蚁是一种臭名昭著的入侵物种,主要分布在东南亚和大洋洲,能对无脊椎动物甚至一些小哺乳动物构成威胁。在澳大利亚圣诞岛,黄疯蚁大量捕杀了该地区特有的红蟹。

关于黄疯蚁怪异生物学的第一个线索来自于它们基因组中散布的遗传标记。雄性黄疯蚁似乎携带了两个版本的遗传标记。这是一个令人困惑的特征,因为在大多数蚂蚁物种中,雄性蚂蚁是由未受精卵发育而来,因此只有一个基因组副本。

一些蚂蚁物种偶尔会有“二倍体”雄性,有两个基因组副本,但这些雄性通常是不育的。德国美茵茨大学进化生物学家Hugo Darras指出,黄疯蚁的所有雄性都是二倍体,这很奇怪,似乎完全说不通。

为了确定发生了什么,Darras团队分析了从东南亚收集的黄疯蚁的单个细胞。他们发现,每个雄性细胞只包含蚂蚁基因组的一个版本,但是细胞之间的基因组是不同的。有些细胞拥有存在于蚁后中的谱系,由“R”染色体定义,而其他细胞则携带不同基因组的单独副本,具有“W”染色体。

蚁后的细胞中有两个W基因组的副本,而不育的雌性工蚁的每个细胞中每个谱系都有一个副本。Darras团队发现,雄性的嵌合体在蚂蚁的种姓制度中起着至关重要的作用。

所有蚁后的卵都携带一份R基因组。如果这个卵子与具有R基因组的精细胞受精,就会产生一个蚁后。然而,如果卵子与W型精子受精,有两种可能的结果:如果两个含有基因组的细胞核融合,就会形成二倍体工蚁;如果细胞核不融合,卵子就会发育成一个嵌合的雄性,一些细胞携带R基因,另一些细胞携带W基因。

Kronauer说,黄疯蚁的嵌合体可能有助于该物种逃避生态系统的能力。蚁后有专门的器官储存来自多个雄性的精子。这意味着一个单独的储存R和W精子的蚁后可以开始一个新的蚁群。

澳大利亚詹姆斯库克大学生态学家Lori Lach想知道,研究人员是否可以利用它们奇特的生物学特性,来防止小蚂蚁种群变成大蚂蚁种群。

同时,这一发现也提出了一些问题。目前还不清楚为什么一些精子的核无法与卵子核融合,从而产生嵌合雄性。Durras说,W系细胞中的基因可能起到一定作用,而这种细胞在精子中比例过高。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.adf0419

 

 
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