Ово „бескорисно“ тело одређује који мрави расту у крупне војнике

Колоније мрава развиле су неке изненађујуће колективне особине током 150 милиона година или тако да су пузале по Земљи. На пример, ватрени мрави се повезују како би направили застрашујуће ефикасне сплавове, а чини се да неки војни мрави инстинктивно граде савршено ефикасне мостове мрава за скупљање хране.

Чини се да и ови инсекти имају могућност контроле своје популације, одржавајући постављени однос војника и радника. Како су настали такви системи мравињака, ентомолозима је нешто мистерија, али данас објављено истраживање у часопису Натуре открива да ли мрав прерасте у војника или радника има везе са органом који се дуго сматрао бескорисним - дисковима с крилима.

„Ови кастни системи су један од главних необјашњивих феномена фенотипске еволуције, “ каже Сцотт Повелл, биолог мрава са Универзитета Георге Васхингтон у Васхингтону, „Ова студија заиста идентифицира главни темељни контролни центар који производи ове касе.“

Крилни дискови, сићушне врећице са ћелијама, предодређени су да постану крила краљици, али они расту у ларви и умру током метаморфозе како би произвели војнике без крила. Студија показује да ови рудиментарни дискови крила после свега нису толико рудиментарни, већ утичу на развој ларви мрава.

„Стварно важна ствар овог рада је да рудиментарни органи и вестигијалне структуре, за које се дуго веровало да немају никакву функцију, могу заиста имати главне сигналне улоге током развоја“, каже еволутивни биолог о развоју Ехаб Абоухеиф са Универзитета МцГилл, виши аутор нова студија. (Изјава о одрицању одговорности: Разговарао сам с Абоухеифом о његовом истраживању прије објављивања и он ме је укључио у признања рада.)

Личинке војника у развоју производе велике, рудиментарне дискове крила, док ларве радника то не чине. Раније су мислили да једноставно одумиру током метаморфозе, крилни дискови очигледно имају неки утицај на раст осталих делова тела.

„[Крилни дискови] постају прилично велики - то је помало изненађујуће, “ каже Диана Вхеелер, биологиња мрава на Универзитету у Аризони, која је проучавала одређивање мрава од касних 1980-их. „То очигледно није нешто чега се еволуција једноставно заборавила. Изгледа да се користи за нешто. "

Привидна функција крилних дискова мравињака има значајне импликације на еволуцијску историју инсекта. Рани мрави су производили колоније са крилном краљицом и крстом радника без крила, а касније се у неколико независних родова радничка каста још више диференцирала у подкаст. У Пхеидоле, роду хипердиверзитета који обухвата више од 1.000 врста мрава, радничка каста је подељена на мање раднике и војнике. Војници имају несразмерно велике главе које користе за одбрану и прераду семена, док малолетни радници чине 90 до 95 посто колоније и обављају задатке попут узгоја и узгоја крма.

Вхеелерове студије из 1980-их показале су да фидолски мрави могу да регулишу удео малолетних радника и војника у колонији. Један од начина на који ово регулирање делује је путем инхибицијског феромона - кутикуларног угљоводоника - који су направили војници који сузбијају развој војника у ларвама ако војници прелазе око пет процената популације колоније.

Како би истражили везу између крилних дискова и војничког подметања, Абоухеиф и његов тим срушили су ген зван вестигијал, због чега ћелије крилног диска умиру врло рано у развоју. Срушењем рукаваца на личинкама намењеним војницима смањило је величину главе и величину тела животиња, производећи малолетне раднике, док обарање рукава код малолетних радника није имало ефекта.

Тим је потом подигао личинке намењене војницима са одраслом популацијом 100% малолетних радника или са 100% војника. Са 100% мањим радницима у колонији, ларве су производиле војнике. Али са 100-постотним војницима, одајући феромон кутикуларног угљоводоника, величина рудиментарног диска крила ларве значајно је смањена и створила је одрасле мраве са мањим главама и телима.

Наравно, чињеница да органи утичу на развој других органа у телу није нова. Претходни експерименти на инсектима показали су да се крила која се развијају такмиче на пример за храњиве материје и факторе раста. Оштећења крила у развоју могу произвести сигнале који успоравају развој по целом телу, омогућавајући диску да се опорави како би раст могао да се настави на правилно координисан начин.

Оно што је овде упечатљиво, према првом аутору Рајендхрану Рајакумару, је да уместо да буде у конкуренцији, рудиментарно крило заправо подстиче раст главе у војничком подвигу. „То је још више изненађујуће на основу чињенице да се ово ткиво у ствари не формира код одраслих. То је рудиментарно, па заиста нисмо очекивали да ћемо наћи такве резултате које смо направили када смо га пореметили “, каже Рајакумар, који је радио у Абоухеифовој лабораторији у МцГиллу и сада је истраживач на Харварду.

Мрави се супротстављају другим друштвеним инсектима попут пчела и оса, који нису еволуирали раднички полиморфизми. Краљице и пчеле раднице имају крила и „ако правите крило које мора да лети, не можете се заиста толико играти око његовог раста, тако да је раст тих дискова врло ограничен“, објашњава Абоухеиф. То може објаснити зашто се пчеле раднице, за разлику од мрава, никада еволуцијски даље не диференцирају у поткаст.

Нема много познатих примера рудиментарних или вестигијалних органа који покрећу еволуцијску иновацију. Осим дискова са крилима, друга интригантна могућност је јајник раднице ларве са пчелињим пчелама, велик као и краљица у раним фазама развоја. Није јасно зашто радници ларве са пчелињим пчелама требају јајнике, јер се оне никада неће размножавати, каже Мари Јане Вест-Еберхард, биолог за развој у развоју са Смитхсониан Тропицал Ресеарцх Институте.

„Дакле, питање би гласило: да ли је за нормалан развој радника важно да јајник буде присутан у раној ларви?“ Пита она. Само ће будућа истрага рећи.

"Надам се да ће овај посао навести људе да на другачији начин гледају како мисле о ручним органима и да покушају да испитају шта те ствари заправо раде, уместо да их одбаце као само преосталу ствар", каже Абоухеиф. "Мислим да у ствари играју пуно веће улоге него што смо раније мислили."