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研究发现蚂蚁的社会结构进化可跨种群传播

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火蚁关闭

伦敦玛丽女王大学的科学家们发现,一种新形式的蚂蚁社会可以跨物种传播。他们发现,在一个物种中进化出新的社会形式后,携带新社会形式指令集的“社会超基因”会传播到其他物种中。这种传播是通过杂交发生的,即不同物种的蚂蚁之间的繁殖。这种不太可能发生的事件提供了另一种生活方式,使蚂蚁比只有原始社会形式的蚂蚁更成功。

红火蚁最初只有一个蚁后的殖民地。该团队之前发现,大约一百万年前,一种新的社会形式进化了,殖民地可以拥有数十个蚁后。一大段染色体的特定版本,称为“社会超基因”,包括使工人接受不止一个女王所必需的遗传信息。今天(2022 年 3 月 11 日)发表在Nature Communications上的这项新研究分析了 365 只雄性火蚁的整个基因组或指令集,以检查社会超基因的进化,并发现该染色体的相同版本存在于多个火蚁种。

由于遗传不相容性,跨物种的大量遗传信息转移是罕见的。然而,在这种情况下,拥有多个蚁后的优势超越了不相容性,并且遗传物质从这种新社会形式进化的一个来源物种反复传播到其他物种。多王后社会形式在几种情况下具有优势。例如,一个多王后的殖民地有更多的工人,因此可以胜过只有一个王后的殖民地。此外,如果发生洪水,拥有多个蚁后的殖民地不太可能变成无蚁后。

伦敦玛丽女王大学进化基因组学和生物信息学的读者、艾伦图灵研究所的研究员 Yannick Wurm 博士说:“这项研究揭示了进化创新如何在物种间传播。它还展示了进化如何在DNA和染色体水平上进行。

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“发现其他物种可以通过杂交获得一种新的社会组织形式,这令人难以置信。产生多王后菌落的超基因区域是一大块包含数百个基因的染色体。基因组的许多部分进化为以微调的方式协同工作,因此突然与来自另一个物种的许多基因的不同版本混合是复杂且非常罕见的。

“新版本的超基因不会像在单个女王群体中那样执行额外的女王,而是让工人接受多个女王。在广泛研究了超基因和新社会形态的历史之后,我们接下来要确定哪些基因或超基因区域的某些部分导致了这些行为变化。这也将有助于填补我们对进化过程理解的更多空白。”

该研究的主要作者、伦敦玛丽女王大学的罗德里戈·普拉卡纳补充说:“我们的研究表明,对大量野生动物的详细分析可以为进化如何运作提供令人惊讶的新见解。”

玛丽皇后号的团队此前是世界上最早将大规模 DNA 测序方法应用于野生昆虫的团队之一,这使他们能够发现首批众所周知的超基因之一。

红火蚁原产于南美洲,因刺痛而臭名昭著。其中一种物种在世界许多其他地方广为人知,在那里它具有侵略性和高人口密度,使其成为一种入侵性害虫。正如其拉丁名Solenopsis invicta所表明的那样,控制该物种传播的努力基本上没有成功, 意思是“无敌的”。

参考文献:

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Eckart Stolle、Rodrigo Pracana、Federico López-Osorio、Marian K. Priebe、Gabriel Luis Hernández、Claudia Castillo-Carrillo、Maria Cristina Arias、Carolina Ivon Paris、Martin 撰写的“决定社会组织的超基因变体的反复适应性渗入” Bollazzi、Anurag Priyam 和 Yannick Wurm,2022 年 3 月 11 日,Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-022-28806-7

该研究得到了莱布尼茨生物多样性变化分析研究所的支持,Eckart Stolle 博士作为玛丽女王团队的一员协助,然后在莱布尼茨研究所继续这项工作。

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