Karıncaların incelenmesi, sosyal böceklerin evrimi hakkında bilgi verir.
Evrimsel biyolojinin en büyük bulmacalarından biri, karıncalar ve diğer sosyal, koloni oluşturan böceklerde görüldüğü gibi, bazı canlıların, ortak toplumlarda yaşamak lehine soliter varoluştan vazgeçmesidir. Sözde eusosyal türlerin en önemli özelliği, evlatları idare eden ve diğer görevleri yerine getiren yumurta ve işçileri barındıran kraliçeler arasındaki emeğin bölünmesidir. Ama bir kraliçenin yumurta bırakması gerektiğini ve işçilerin çoğalmaması gerektiğini belirleyen nedir? Ve bu ayrım evrim boyunca nasıl ortaya çıktı? Evrimsel biyolog Dr. Romain Libbrecht, geçtiğimiz yıllarda bu problemleri düşünüyor ve New York'taki Rockefeller Üniversitesi'ndeki araştırmacılarla işbirliği içinde, beklenmedik bir cevap buldu: insülin benzeri peptid 2 (ILP2) denilen tek bir gen, muhtemelen daha iyi beslenme ile aktive edilir, yumurtalıklarını uyarır ve üremeyi tetikler.
Libbrecht, "Sadece tek bir genin tüm farkı yaratması neredeyse imkansız gibi görünebilir." Araştırmacılar, birbirinden farklı özelliklere sahip dört farklı alt ailede yedi karınca türündeki 5, 581 genin karşılaştırılmasından elde edilen sonuçları çıkardılar. Ama hepsinde hepsi birbirine benziyor: Her zaman üreme böceklerinin beyninde ILP2'nin daha büyük bir ifadesi vardır. Queens, işçilerden daha yüksek seviyelere sahiptir. Başka bir bulgu, bu peptidin sadece 12 ila 15 hücreden oluşan küçük bir kümede üretildiği beyinde bulunduğunu gösterir.
Toplumsal koloni formasyonunun temeli olarak üreme ve yavru bakımı bölümü
Böceklerde sosyal davranışların kökenlerinin, üreme ve yavru bakımı aşamaları arasında değişen eşek benzeri atalarda bulunabileceği ileri sürülmektedir. Bir dişi yaban arısı yumurtayı yatırır ve yavrulanana kadar larvaya bakar. Bununla birlikte, bu iki evre ayrıldı ve ilgili bireyler, sosyal bireylerin evrimi sırasında kraliçeler ve işçiler olarak farklı bireylere verildi.
Libbrecht ve New York City'deki meslektaşları, bu işbölümünün altında yatan moleküler mekanizmaları belirlemek için karınca türlerini Ooceraea biroi'yi araştırdılar. O. biroi, Asya kökenli, ancak tropik bölgelerde yayılmış 2 ila 3 milimetre uzunluğunda küçük bir türdür. Böcekler yeraltı geçitlerinde yaşarlar, diğer karınca türlerinin yuvalarına saldırır ve yavrularını beslerler. O. biroi türüyle ilgili olağandışı şey, sadece kadın işçiler olmak üzere kraliçenin bulunmamasıdır. Bununla birlikte, her kadın işçi partenogenez yoluyla çoğaltabilir. Bu, bir dişinin bir başka özdeş dişi ürettiği anlamına gelir - böcekler kendilerini klonlarlar. Ve her zaman belirli bir döngüyü takip ederler: tüm kadın işçiler 18 günlük bir süre boyunca yumurta bırakırlar, bundan sonra 16 gün boyunca yiyecek toplayıp larvaları beslerler. Döngü daha sonra tekrar başlar.
Bu döngüsel davranış, soliter yaban arısı benzeri atalarınkiyle karşılaştırılabilir ve larvaların varlığıyla kontrol edilir. İlk larvalar üreme evresinin sonunda yumurtadan çıktıklarında, varlıkları yumurtalık aktivitesini bastırır ve yavru bakımı davranışını tetikler. Larvalar yavru bakım evresinin sonunda pupilleşmeye başladığında, yumurtalık aktivitesi azalır ve yiyecek toplama tekrar ölçeklendirilir. “Yaptığımız şey bu döngüyü kırmaktı, ” diye açıklıyor Libbrecht. Araştırmacılar, peptit ILP2'yi sentezlediler ve karıncalara enjekte ettiler. Bu karıncaların larvaların varlığında yumurta bırakmasına neden oldu.
Libbrecht, larvalar üreme evresi sırasında koloniye sokulduğunda ve tersine, yavru bakım aşamasında çıkarıldıklarında ne olduğunu araştırmak için bir yavru ikame yaklaşımı kullanmıştır. "Gördüğümüz şey, beynin içindeki gen ifadesinin her iki fazda da değişmesi ve karıncaların davranışlarını ve fizyolojilerini buna göre değiştirmesidir. Ancak bu yanıt, yumurta tavuğu karıncalarını larvalarla karşı karşıya getirirsek daha hızlı gerçekleşir." Böcekler daha sonra yumurtaları bırakmayı bırakıp yavrulara bakmaya başlarlar. “Bu mantıklıdır. Ne de olsa, hayatta kalmak için larvaları beslemeye başlaması önemlidir” diye ekledi. Bu deney aynı zamanda, beyindeki ILP2 ekspresyonunun, sosyal koşullardaki değişikliğe cevap olarak hızlı ve anlamlı bir şekilde değiştiğini ortaya çıkarmıştır.
Beslenmedeki asimetriden üremede asimetriye
Araştırmacılar ayrıca, kraliçeler ve işçiler arasındaki farklılaşma söz konusu olduğunda önemli olduğu bilinen beslenmenin önemini de düşünmüşlerdir. Çok miktarda veya kaliteli bir besin proteini, kadın larvalarının kraliçelere dönüşmesini desteklemektedir. O. biroi türünün kolonilerinde, karıncaların küçük bir kısmı, sözde intercastler olarak adlandırılır. Bu böcekler biraz daha büyüktür, gözleri vardır ve daha üreme gücü vardır. Bu nedenle, normal kraliçelerle bir ölçüde karşılaştırılabilirler. Daha iyi beslenmeyi kabul ederse larvaların kesişme olasılığı artar. Flüoresans görüntüleme, bu interporaların beyinlerinde normal çalışanlardan daha fazla ILP2'ye sahip olduğunu gösterir.
Romain Libbrecht, "Eusosyal böceklerin ataları söz konusu olduğunda benzer bir şey olabilir." “Larvaların beslenmesine ilişkin küçük bir asimetri belki de bu larvalardan gelişen erişkinlerin üreme davranışlarında asimetri oluşmasına yol açtı.” Bu nedenle, kraliçelere ve işçilere bölünmenin tek bir farkla başlamış olabileceği varsayımı, toplam yedi farklı karınca türünde yapılan deneylerle desteklenmiştir.
Bulguların diğer sosyal böceklere de uygulanıp uygulanmadığını ve superorganizmalar gibi karınca kolonilerinin genel beslenme kaynağını nasıl kontrol ettiğini belirlemek için daha fazla araştırma yapılmalıdır.