Одним явлением, которое уже очаровало Чарльза Дарвина, является эволюция огромных, сложных сообществ насекомых от одиночных предков. Так было с термитами и муравьями, которые ведут такой же эусоциальный образ жизни. Это имеет отличительные черты, такие как создание каст, включая, например, сложную систему разделения труда между рабочими и солдатами. Группа под руководством биолога-эволюциониста профессора доктора Джудит Корб из Фрайбургского университета, биоинформатика проф. Доктор Эрих Борнберг-Бауэр, биолог-эволюционист доктор Марк Харрисон и биолог-эволюционист доктор Эвелин Йонгепьер из Вестфальского университета Вильгельма в Мюнстере сравнили молекулярную основу эволюции эусоциального образа жизни.
Это исследование было опубликовано в научном журнале Nature Ecology and Evolution.
Несмотря на сходство, термиты и муравьи не имеют близкого родства. В то время как термиты впервые появились из группы тараканов около 150 миллионов лет назад, муравьи и другие эусоциальные перепончатокрылые, включая пчел, появились только 50 миллионов лет спустя на очень далекой ветви генеалогического древа насекомых. Обе группы определяются как эусоциальные, так как в одной колонии сосуществуют несколько поколений, с совместным уходом за расплодом и репродуктивным разделением труда, что означает, что только избранные особи в колонии воспроизводят, например, королеву и короля термитов.
Исследователи показали, что у термитов есть отличительные генетические особенности в областях генома, которые кодируют хеморецепторы - белки, участвующие в химической коммуникации.«Общение необходимо для всех биологических взаимодействий, особенно для социальных организмов. В то время как люди в основном общаются с помощью речи, насекомые в основном используют химические вещества», - говорит Джудит Корб. Например, химическая коммуникация через феромоны позволяет членам сообщества насекомых распознавать партнеров по гнезду и различать касты. «По сравнению с тараканами, которые являются близкими родственниками, вовлеченные семейства белков значительно меньше, но в то же время значительно различаются по своим функциям, что указывает на их важность», - отмечает Эрих Борнберг-Бауэр..
На первый взгляд, эти результаты удивительно похожи на результаты предыдущих исследований эволюции эусоциальности у пчел и муравьев. Однако дальнейший анализ, проведенный исследователями, показал, что у термитов родственное, но совершенно отличное от муравьев и пчел семейство хеморецепторов специализируется на распознавании феромонов антеннами. «Таким образом, это классический случай конвергентной эволюции: обе группы развили схожие молекулярные механизмы для эусоциального образа жизни под одинаковым давлением отбора», - говорит эксперт в области геномики доктор Уилсон. Марк Харрисон. Ученые нашли доказательства дальнейшей конвергенции, в том числе гены, играющие роль в синтезе углеводородов в кутикуле, твердом панцире насекомых. Однако, в отличие от рецепторов, сигналы принадлежат к тому же классу веществ, что и у муравьев.
Исследователи обнаружили, что одной из наиболее важных причин геномных изменений, связанных с этими молекулярными адаптациями, были «транспозоны», участки ДНК, которые обладают способностью дублироваться и менять положение в геноме. Этот класс генов составляет большую часть генома тараканов и термитов. Они связаны с семействами белков, которые играют ключевую роль в химической коммуникации. «Мы смогли сделать вывод, что задолго до эволюции термитов один конкретный класс транспозонов привел к расширению семейств генов, участвующих в общении», - добавила доктор Эвелиен Йонгпьер..
В этом исследовании приняли участие ученые из одиннадцати исследовательских институтов в шести странах, в том числе исследователи из Фрайбургского университета, Университета Помпеу Фабра в Барселоне, Иллинойского университета в Урбане-Шампейне, Университета штата Северная Каролина и ученые из Центр секвенирования генома человека Медицинского колледжа Бэйлора в Хьюстоне в рамках проекта i5k. Ученые финансировались за счет грантов Deutsche Forschungsgemeinschaft.