В большинстве колоний муравьи работают на службе у одной репродуктивной королевы, но не всегда так функционируют муравьиные сообщества.
Исследователи из Университета Джорджии обнаружили колонии тропических огненных муравьев, родом из Флориды и прибрежной Джорджии, которые процветают с несколькими матками и в непосредственной близости от колоний с одной маткой того же вида.
«Меня очаровало сосуществование двух совершенно разных социальных структур, - сказал Кип Лейси. «Мне нужно было узнать больше».
Лейси, которая в настоящее время является аспирантом Рокфеллеровского университета, но получила степень магистра энтомологии в Колледже сельскохозяйственных наук и наук об окружающей среде UGA в 2018 году, работала с исследователем огненных муравьев UGA Кеном Россом и ДеВейном Шумейкером в Университете Теннесси, чтобы изолировать и задокументировать колонии с несколькими матками.
Их работа будет опубликована в апрельском выпуске журнала Current Biology за 2019 год.
Лейси работала с коллегами из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в Гейнсвилле, Флорида, чтобы помочь найти и изолировать сообщества местных огненных муравьев, которые покрывают обочины и медианы шоссе Флориды.
В этих районах они обнаружили, что колонии «полигинных» маток с несколькими матками будут располагаться рядом с «моногинными» колониями с одной маткой того же вида. По словам Лейси, гнезда с одиночными матками были найдены на расстоянии 5 футов от гнезд с 13 матками.
"Они могут существовать рядом друг с другом, но их социальная структура остается неизменной", - сказала Лейси.
Многие колонии огненных муравьев основаны одной королевой, повязанной с муравьем-самцом из другой колонии, которая производит все яйца, чтобы основать собственную колонию. Однако нередки случаи, когда муравьи одного и того же вида развивают альтернативные репродуктивные привычки.
Росс, который десятилетиями изучал генетику и социальные структуры огненных муравьев, ранее задокументировал сосуществование моногинных и полигинных колоний в популяциях инвазивных красных огненных муравьев, завезенных в Джорджию. В полигинных колониях этого вида все муравьи имеют общую «социальную хромосому», которая отсутствует у особей в колониях с одной маткой. Эта хромосома, по-видимому, вызывает то, что Росс назвал «синдромом полигинии».
Помимо количества маток, полигамные колонии красного завезенного огненного муравья во многом отличаются от моногинных колоний, включая более низкий уровень агрессивности по отношению к другим муравьям и меньшие размеры тела отдельных муравьев. Но, несмотря на эти различия, основной способ размножения одинаков в обоих типах колоний - все дочери (как матки, так и рабочие) производятся половым путем.
Лейси была удивлена, обнаружив, что у тропических огненных муравьев репродуктивные способы двух типов колоний различаются. Как и у красных завезенных огненных муравьев, королевы моногинных колоний рождают всех дочерей половым путем. Напротив, в колониях тропических огненных муравьев с несколькими королевами Лейси обнаружила, что королевы размножаются бесполым путем. Было показано, что все репродуктивные королевы и дочерние королевы в колонии генетически идентичны.
Однако рабочие муравьи в этих колониях демонстрировали гораздо большее генетическое разнообразие; в отличие от королев, они не были клонами. Контролируемые эксперименты показали, что королевы производятся бесполым путем, а рабочие - половым путем в полигамных колониях.
"Это было неожиданностью, потому что мы также обнаружили, что самцы муравьев в этих колониях кажутся бесплодными", - сказала Лейси.
Лейси и Росс обнаружили, что самки из колоний с несколькими матками спаривались с самцами из колоний с одной маткой. Эта практика помогла облегчить клонирование в колониях с несколькими матками за счет введения в колонию нового генетического материала для поддержания генетического разнообразия, но явных преимуществ для муравьев-самцов нет.
» (с точки зрения эволюции) самцы ничего не получают от этого, потому что их сперма идет на производство бесплодных рабочих», - сказал Росс. «Генетические линии этих самцов на этом заканчиваются».
Лейси и Росс описали поведение маток-полиженок как «паразитизм сперматозоидов».
«Раньше разные виды муравьев демонстрировали разные формы социального паразитизма, и это всего лишь еще один пример такого поведения», - сказал Росс.
Генетические основы асексуальности и синдрома нескольких маток у тропических огненных муравьев в настоящее время неизвестны. Тем не менее, генетические исследования показывают, что бесполые королевы, возможно, произошли от маток, размножающихся половым путем, в моногинных колониях.
Понимание биологии тропических огненных муравьев важно, потому что, хотя они были вытеснены инвазивными огненными муравьями в некоторых общинах прибрежной Джорджии и Флориды, они стали инвазивными вредителями в Африке, Юго-Восточной Азии и даже Галапагосские острова.