معلومة

ما مدى التشابه الجيني للنمل العامل من نفس المستعمرة؟

ما مدى التشابه الجيني للنمل العامل من نفس المستعمرة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد كنت أقرأ https://en.wikipedia.org/wiki/Ant وهو مكتوب

إذا تم تخصيب البويضة ، فإن السلالة ستكون ثنائية الصبغيات ؛ إذا لم يكن كذلك ، فسيكون أحادي العدد.

نظرًا لأن الذكور لديهم مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات لتمريرها إلى الملكة ، فإن كل نسلهم المباشر (الذي يمكن أن يكون أنثى فقط) سيحتوي على كل الحمض النووي الخاص بهم. ما مدى تشابه الحمض النووي الذي تقدمه الملكة؟ هل هناك احتمال كبير لوجود أفراد متطابقين وراثيًا داخل مستعمرة واحدة ، حتى لو تم فقسهم في أوقات مختلفة؟


تختلف علاقة النمل داخل المستعمرة من نوع إلى نوع (حيث قد تستخدم الأنواع المختلفة أنظمة تزاوج مختلفة) ومن مستعمرة إلى أخرى. سأفكر في نموذج أساسي (مبسط) لمستعمرة نحل العسل وأصفه قليلاً لمحاولة الإجابة على سؤالك.

نموذج مبسط لمستعمرة النمل

هناك الكثير من التنوع في أنظمة التزاوج بين سلالات النمل. انظر على سبيل المثال الحالة المذهلة الموصوفة في Fournier et al. 2005 (والذي يتم تلخيصه بسرعة في نهاية هذه الإجابة). سأفترض نموذجًا عامًا ومبسطًا أدناه.

بشكل عام ، يمكن أن يكون للملكة عدة رفقاء. تقوم الملكة بتخزين الحيوانات المنوية لهؤلاء الذكور في نطافها. كما لاحظت ، الملكة ثنائية الصبغة بينما الذكور أحادي الصبغة. ستستخدم الملكة الحيوانات المنوية المخزنة طوال حياتها. كل بويضة يتم تخصيبها ستنتج عامل. على الرغم من أن العامل لا يتكاثر (في نموذجنا المبسط) ، لا يزال العامل يعتبر أنثى لأسباب صرفية. في مرحلة ما من حياة المستعمرة ، تتغذى بعض اليرقات التي كان من الممكن أن تصبح عاملة بغذاء ملكات النحل ثم تتطور إلى ملكة. ستطير هؤلاء الملكات بعيدًا للتزاوج مع عدة ذكور وتشكيل مستعمرة جديدة. الملكة أيضا تنتج الذكور. الذكور فردانيون. تستخدم الملكة الأمشاج الخاصة بها فقط لتكوين ذكر.

الصلة

في مستعمرتنا المبسطة ، ليس للذكر أب وله نفس الأم مثل أي ذكر آخر وأي عامل آخر. عاملان قد يكون لهما نفس الأب وقد لا يكون. دعونا نتخيل تبسيط قصة تزاوج الملكة مع رجل واحد بحيث يكون لجميع العمال نفس الوالدين (وهما أخوات).

  • ملكة عاملة: 1/2
  • عامل: 1/2
    • هذه القرابة تتناقص مع عدد الأب. في أقصى الحالات عندما يكون هناك عدد لا حصر له من الآباء ، تنخفض العلاقة بين عاملين إلى 1/4.
  • ملكة-ذكر: 1/2
  • ذكر - ذكر: 1
  • عامل ذكر: 1/4

يعد حساب الترابط مشكلة بعض الشيء عند مقارنة الأفراد الذين يختلفون في بلاوي (مقارنة بين الملكة والذكر على سبيل المثال).

عواقب هذه الترابط

حقيقة أن العمال أكثر ارتباطًا بأخواتهم من إخوانهم قد تم اقتراحه لإحداث نزاع بين الملكة والعاملات من أجل نسبة الجنس. في الواقع ، إذا كان العمال أكثر ارتباطًا بأخواتهم من إخوتهم ، فقد نعتقد أنهم يميلون إلى تحيز نسبة الجنس في المستعمرة نحو المزيد من الأخوات إلى درجة لن تكون مثالية للملكة. درجة القرابة بين العاملين تعتمد على عدد الآباء. هناك عدد أكبر من الآباء ، وكلما قلت الصلة بين العمال وكلما انخفض الحافز للتحيز في نسبة الجنس. نتيجة لذلك ، في حين أن الملكة ترغب في نسبة الجنس 0.5 ، فإن العمال سوف ينحرفون هذه النسبة بين الجنسين نحو المزيد من العمال بقوة تتناقص مع عدد الأب.

شخصياً ، لدي بعض المشاكل مع هذه التنبؤات (التي لن أعبر عنها هنا) لكن الأدلة التجريبية (Chapuisat et al. 1997 ؛ Passera et al. 2001) تدعم أن نسبة الجنس تختلف اعتمادًا على عدد الآباء (وبالتالي على العلاقة بين العامل والعامل).


تؤدي الهندسة الوراثية في النمل إلى الترابط بين الأنواع

كشفت النتائج التي تم الإبلاغ عنها هذا الأسبوع كيف أدى ابتكار تطوري يتضمن مشاركة الجينات بين نوعين من النمل إلى تبعية عميقة الجذور بينهما من أجل بقاء كلا النوعين. يوضح العمل الجديد كيف يمكن للتبادل الجيني من خلال التهجين بين نوعين أن يؤدي إلى نظام من الترابط على مستوى عالٍ من التنظيم البيولوجي - في هذه الحالة ، إنتاج النمل العامل لكلا النوعين.

قبل ملايين السنين من تطور الإنسان الحديث الأول ، كان النمل يمارس العديد من الابتكارات الاجتماعية التي نعتبرها خاصة بنا: تقسيم العمل ، والزراعة ، وحتى العبودية. في الواقع ، تم أخذ هذه السمات إلى أقصى حدودها في العديد من أنواع النمل ، مثل حالة النمل السلافي ، الذي أصبح متخصصًا جدًا في مداهمة الطعام من مستعمرات النمل الآخر بحيث لم يعد بإمكانه إطعام نفسه أو تربية أشقائه الصغار. يشير العمل الأخير على النمل إلى أننا قد نحتاج إلى إضافة الهندسة الوراثية إلى قائمة الابتكارات التي طور النمل لتوظيفها. في نوعين من النمل الحاصد ، تم اكتشاف مجموعات تتزاوج فيها الملكات مع ذكور من نوع آخر لإنتاج عمال هجينين جديدين وراثيًا. في دراسة جديدة ، أثبتت الدكتورة سارة هيلمز كاهان وزملاؤها أن كلا النوعين المعنيين قد تخلوا فعليًا عن القدرة على إنتاج عمال من الأنواع النقية لصالح الأنواع الهجينة ، وبالتالي أصبحوا يعتمدون تمامًا على بعضهم البعض للبقاء على قيد الحياة.

توجد إناث النمل عمومًا في شكلين: ملكات الإنجاب والعاملات العقيمات. يتم تحديد دور أو طبقة الفرد مدى الحياة في مرحلة معينة من تطورها. في جميع أنواع النمل تقريبًا ، فإن البيئة التي تربى فيها الأنثى ، وليس الاستعداد الوراثي ، هي التي تحدد الطبقة التي ستتبناها. ومع ذلك ، في مجموعتين من النمل الحاصدة في جنوب نيو مكسيكو ، تختلف الملكات والعمال من نفس المستعمرات وراثيًا في كلا النوعين في الموقع ، فقط الملكات مشتقات وراثيًا من سلالة نقية خاصة بالأنواع ، في حين أن جميع العمال هجينين التي تمتلك مجموعة من الجينات من النوعين في فرد واحد. من غير المعروف حاليًا ما إذا كان النمل يستفيد من قيام النمل الهجين بهذا العمل ، ولكن كما يتضح من محاولات الباحثين الخاصة في التربية الانتقائية والهندسة الوراثية ، فإن الجمع بين الجينوم هو طريقة سهلة لإنتاج خصائص جديدة قد تكون مفيدة للغاية بالنسبة له. النمو أو التحمل البيئي أو مقاومة الأمراض. بغض النظر عن المزايا المحددة ، من الواضح أن هؤلاء النمل قد التزموا باستراتيجية القوى العاملة الهجينة. عندما منع الباحثون الملكات من التزاوج مع ذكور الأنواع الأخرى ، نجح عدد قليل جدًا في جعل أي عاملة على الإطلاق ، وهو عائق من شأنه أن يؤدي إلى فشل سكاني معين في هذا المجال. تشير النتائج الجديدة إلى أن التخصص الذي ينطوي على الاعتماد على عمال هجين متعدد الأنواع قد ترك هذه الأنواع غير قادرة على البقاء على قيد الحياة بشكل مستقل عن بعضها البعض.

سارة هيلمز كاهان ، جلينيس إي جوليان ، ستيفن دبليو ريسينج ، تانيا شواندر ، جويل دي باركر ، ولوران كيلر: "فقدان اللدونة المظهرية يولد رابطة النمط الجيني في النمل الحاصد"

ومن بين الأعضاء الآخرين في فريق البحث جلينيس إي جوليان من جامعة تكساس ، وأوستن ستيفن دبليو ريسينج من جامعة ولاية أوهايو ، وتانيا شواندر ، وجويل دي باركر ، ولورنت كيلر من جامعة لوزان. تم دعم هذا العمل من خلال المنح المقدمة من مؤسسة Durfee (التي يديرها معهد Earthwatch) ، والجمعية السويسرية لعلماء الطبيعة (ASSN) ، ومؤسسة العلوم الوطنية السويسرية.

النشر في علم الأحياء الحالي ، المجلد 14 ، العدد 24 ، 14 ديسمبر 2004 ، الصفحات 2277 و ndash2282. http://www.current-biology.com

مصدر القصة:

المواد المقدمة من الصحافة الخلية. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


النمل الثور لديه العين الصحيحة لهذا المنصب

اكتشف باحثون أستراليون أن النمل الثور العامل لديه رؤية ليلية على الطراز العسكري ، بينما يرى زملائه في العش المجنح ذو المكانة العالية أفضل أثناء النهار.

نُشر البحث الذي قاده الدكتور أجاي ناريندرا من الجامعة الوطنية الأسترالية وزملاؤه هذا الأسبوع في الجريدة الرسمية وقائع الجمعية الملكية ب.

إنه أول بحث يوضح أن النمل الفردي من نفس النوع الذي يعيش في نفس المستعمرة لديه تباين كبير في بنية عيونهم ، اعتمادًا على الوظيفة التي يقومون بها ومتى يقومون بذلك.

مستعمرة من النمل الثور تحتوي على ثلاثة أنواع أو طوائف: عاملات عقيمات يتغذون على الأرض ، وإناث خصبة تطير لفترة وجيزة ثم تعيش في العش المظلم كملكات لمدة تصل إلى 15 عامًا ، وذكور مجنحة خصبة ولديها حياة قصيرة. جناح يبحث عن ملكة تتزاوج معها قبل أن تموت.

يحير علماء الأحياء بالفعل حول كيف يمكن لمستعمرة واحدة من النمل المتطابق وراثيًا أن يكون لها أشكال مختلفة من الجسم. ولكن يبدو الآن أنه حتى البنية الدقيقة للعين يمكن أن تظهر تباينًا كبيرًا.

درس الفريق أربعة أنواع مختلفة من النمل الثور (Myrmecia) الذين يعيشون في غابات الأوكالبت في ضواحي كانبرا.

سجلوا في أي وقت من النهار أو الليل كان كل فرد من أفراد الطائفة نشطًا. ثم قاموا بحفظ عيون الحشرات وفحصوا البنية الدقيقة تحت المجهر.

إجراءات متباينة

ووجدوا أن الربيد (هيكل يجمع الضوء في العين) كان أكبر بكثير في النمل النشط ليلاً من النمل النشط أثناء النهار.

يقول الدكتور ناريندرا إن ما فاجأهم أكثر هو أنه في أحد الأنواع الأربعة ، Myrmecia pyriformesغامر العمال بالخروج ليلاً ، بينما كانت الأشكال المجنحة نشطة خلال النهار.

وقال: "في الأنواع الأخرى ، ينشط كل من العمال والأشكال المجنحة في نفس الوقت".

& quot كان الأمر مثيرًا لأنه كان يحدث داخل نوع واحد. & quot

ذهل الباحثون من أن الأفراد المتشابهين وراثيًا يمكن أن يكون لديهم هياكل مختلفة للعين.

عالم منقسم

على عكسنا ، يرى النمل عالماً منقسمًا في بانوراما 360 درجة. تتكون عيونهم المركبة من جوانب ، مثل النوافذ المنفصلة ، والتي تقسم ما يرونه.

يقضي النمل العامل معظم وقته في البحث عن الطعام على الأرض ، ولديه عدد قليل نسبيًا من الأوجه الكبيرة الموجودة في مقدمة أعينهم لمساعدتهم على الرؤية عن قرب. من ناحية أخرى ، يتمتع الذكور الطائرون بجوانب أصغر مع عدسات # x27overlap & # x27. يمنحهم هذا فرصة أكبر لرؤية جسم متحرك بعيدًا مثل ملكة النحل الطائرة.

وقال الدكتور ناريندرا إن هناك الكثير من الأدلة التي تقول إن الحيوانات التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا يجب أن تكون نشطة في نفس الوقت من اليوم.

' ولكن في هذه الحالة ، اتضح أنه حتى داخل نوع واحد وثيق الصلة أو حتى نوع واحد ، يمكن أن يكون لديك هياكل مختلفة للعين يتم ضبطها وفقًا لأوقات مختلفة من اليوم. & quot

بينما يقول الدكتور ناريندرا إن لديه & # x27no فكرة & # x27 كيف يمكن أن يكون الأفراد المتطابقون جينيًا مختلفين تمامًا ، إلا أنه يقول إن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لفهم كيفية نمو وتطور هياكل العين في أنواع الطبقات المختلفة.

رؤى مهمة

يقول خبير بيولوجيا اللافقاريات ، الأستاذ الفخري الدكتور أندرو بيتي من جامعة ماكواري في سيدني ، إن الاكتشاف يمكن أن يكون وسيلة مثالية لشرح آلية وأهمية علم التخلق - دراسة التغيرات الموروثة في الجسم التي لا يبدو أن لها أساسًا وراثيًا.

ويقول إنه يوفر أيضًا رؤى مهمة حول كيفية تأثير التمايز الطبقي على الأفراد في المستعمرة ، مثل & quot ؛ القدرة على الطيران مقابل الاكتفاء بالركض على الأرض ، وتوفير معدات خاصة للنشاط الليلي أو النهاري. & quot

تظهر الدراسة أيضًا ، بالمصادفة ، كيف يمكن أن يكون للأنواع الشائعة جدًا والتي غالبًا ما تكون خبيثة أهمية علمية عميقة ... ألا يجب علينا الحفاظ على كل الأنواع على أساس أنك لا تعرف أبدًا الأنواع التي ستكون مهمة بالنسبة لنا؟ قالت.


استجابات النمل للعزلة الاجتماعية تشبه ردود فعل البشر

يتفاعل النمل مع العزلة الاجتماعية بنفس الطريقة التي يتفاعل بها البشر والثدييات الاجتماعية الأخرى. كشفت دراسة أجراها فريق بحث إسرائيلي ألماني عن تغييرات في السلوك الاجتماعي والصحي للنمل المعزول عن مجموعته. تفاجأ فريق البحث بشكل خاص من حقيقة أن جينات المناعة والتوتر أقل تنظيمًا في أدمغة النمل المعزول. وقالت البروفيسور سوزان فويتزيك ، التي قادت الدراسة في جامعة يوهانس جوتنبرج ماينز (JGU): "هذا يجعل جهاز المناعة أقل كفاءة ، وهي ظاهرة واضحة أيضًا في عزل البشر اجتماعيًا - لا سيما في الوقت الحالي أثناء أزمة COVID-19". . تم مؤخرًا نشر الدراسة التي أجريت على نوع من النمل موطنه الأصلي في ألمانيا علم البيئة الجزيئية.

تمت دراسة تأثيرات العزلة في الحشرات الاجتماعية قليلاً حتى الآن

يعاني البشر والثدييات الاجتماعية الأخرى من العزلة عن مجموعتهم كمسبب للتوتر ، وله تأثير سلبي على رفاههم العام وصحتهم البدنية. وأضاف البروفيسور إينون شارف ، المؤلف الرئيسي للمقالة والشريك التعاوني لمجموعة ماينز البحثية في تل أبيب جامعة في إسرائيل. بينما تمت دراسة تأثيرات العزلة على نطاق واسع في الثدييات الاجتماعية مثل البشر والفئران ، لا يُعرف الكثير عن كيفية استجابة الحشرات الاجتماعية في مواقف مماثلة - على الرغم من أنها تعيش في أنظمة اجتماعية متطورة للغاية. النمل ، على سبيل المثال ، يعيش حياتهم بأكملها كأعضاء في نفس المستعمرة ويعتمدون على زملائهم في المستعمرة. يتخلى النمل العامل عن إمكاناته الإنجابية ويكرس نفسه لإطعام اليرقات وتنظيف العش والدفاع عنه والبحث عن الطعام ، بينما تقوم الملكة بأكثر من مجرد وضع البيض.

نظر فريق البحث في عواقب العزلة الاجتماعية في حالة النمل من النوع Temnothorax nylanderi. يسكن هذا النمل التجاويف في الجوز والعصي على الأرض في الغابات الأوروبية ، ويشكل مستعمرات من بضع عشرات من العمال. تم أخذ العمال الشباب المنخرطين في رعاية الحضنة منفردين من 14 خلية وتم عزلهم لفترات زمنية متفاوتة ، من ساعة واحدة إلى 28 يومًا كحد أقصى. أجريت الدراسة بين يناير ومارس 2019 وسلطت الضوء على ثلاثة جوانب معينة لوحظت فيها التغييرات. بعد انتهاء عزلتهم ، كان العمال أقل اهتمامًا بزملائهم البالغين في المستعمرة ، لكن طول الوقت الذي يقضونه في اتصال الحضنة زاد أيضًا من قضاء وقت أقل في العناية بأنفسهم. أوضحت البروفيسورة سوزان فوتسيك أن "هذا الانخفاض في السلوك الصحي قد يجعل النمل أكثر عرضة للطفيليات ، ولكنه أيضًا سمة نموذجية للحرمان الاجتماعي في الكائنات الاجتماعية الأخرى".

يؤثر الإجهاد الناجم عن العزلة سلبًا على جهاز المناعة

في حين كشفت الدراسة عن تغييرات كبيرة في سلوك الحشرات المعزولة ، كانت نتائجها فيما يتعلق بالنشاط الجيني أكثر إثارة للدهشة: تم تقليل تنظيم العديد من الجينات المتعلقة بوظيفة الجهاز المناعي والاستجابة للضغط. بمعنى آخر ، كانت هذه الجينات أقل نشاطًا. قال البروفيسور إنون شارف: "تتفق هذه النتيجة مع الدراسات التي أُجريت على حيوانات اجتماعية أخرى والتي أظهرت ضعف جهاز المناعة بعد العزلة".

يعد الاكتشاف الذي قام به فريق علماء الأحياء بقيادة البروفيسور سوزان فويتزيك هو الأول من نوعه ، حيث يجمع بين التحليلات السلوكية والجينية حول تأثيرات العزلة في الحشرات الاجتماعية. وخلص فويتزيك إلى أن "دراستنا تظهر أن النمل يتأثر بالعزلة مثل الثدييات الاجتماعية ، وتشير إلى وجود صلة عامة بين الرفاهية الاجتماعية ، والتسامح مع الإجهاد ، والكفاءة المناعية في الحيوانات الاجتماعية". تتعاون Foitzik أيضًا مع شريكها الإسرائيلي البروفيسور Inon Scharf ومع المؤلف المشارك وقائد المجموعة الدكتور Romain Libbrecht من JGU في مشروع مشترك جديد حول فوائد اللياقة البدنية والأساس الجزيئي للتعلم المكاني في النمل ، بتمويل من مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG).


علم الوراثة السلوكية

مايكل دي بريد ، جانيس مور ، في سلوك الحيوان ، 2012

طفرات الجين الواحد

طفرة الجين الواحد هي تغيير جيني في جين واحد فقط. مثل هذه الطفرة ، التي تنتشر بسرعة عبر منطقة جغرافية واسعة ، قد غيرت بشكل كبير السلوك الاجتماعي لنمل النار الأسود المستورد ، Solenopsis richteriوالنملة الحمراء المستوردة ، Solenopis Invicta (تم إدخال كلاهما عبر سفن الشحن إلى الولايات المتحدة في القرن العشرين). ينتج سلوك الحيوانات في بيئتها الطبيعية عن أجيال عديدة من الانتقاء الطبيعي ، وتُلاحظ نتائج هذا الانتقاء الطبيعي في كثير من الأحيان أكثر من الانتقاء الطبيعي نفسه في العمل. أمثلة التغيير التطوري السريع في السلوك نادرة نسبيًا ، لكن إدخال الكائنات الغريبة والحيوانات (والنباتات) في النظم البيئية يخلق فرصًا جديدة للانتقاء الطبيعي للعمل. تواجه الحيوانات في البيئات الجديدة (بالنسبة لها) أنظمة اختيار متغيرة بشكل كبير ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تغير تطوري سريع لافت للنظر.

مستعمرات Solenopsis invicta عادة ما تكون أحادية الزوجة ، مما يعني أن كل مستعمرة لديها ملكة واحدة والعاملين في المستعمرة هم بنات تلك الملكة. يقتصر نمو المستعمرات أحادية الجنس على عدد البيض الذي يمكن أن تضعه هذه الملكة المنفردة ، وكمية الطعام التي يمكن جمعها لتغذية اليرقات النامية. بالنسبة لهذه النملة في موائلها الأصلية في الأرجنتين وجنوب البرازيل ، فإن القدرة التناسلية لعدد محدود من الملكات كافية لكي تكون المستعمرات قادرة على المنافسة. بمجرد إدخال هذا النوع إلى جنوب شرق الولايات المتحدة ، واجه موطنًا خالٍ من الحيوانات المفترسة والطفيليات والمنافسين الطبيعيين. هذه الظروف تفضل المستعمرات ذات القدرة على النمو المتفجر. يمكن تحقيق هذا النمو من خلال وجود العديد من الملكات في كل مستعمرة (تعدد الزوجات) ، كل منها تضع أعدادًا كبيرة من البيض.

يكمن الاختلاف بين النمل الناري أحادي الجنس ومتعدد الزوجات في التعبير عن جين واحد ، Gp-9 ، الذي يرمز لجزيء مستقبلات الفرمون. يبدو أن الطفرة تحرم النمل العامل من القدرة على التمييز بين الملكات (انظر الشكل 3.10) وبالتالي ، فهم يتحملون عددًا كبيرًا من الملكات ، بما في ذلك الملكات غير المرتبطة وراثيًا ببعضهم البعض أو العمال. هذا مثال ممتاز على كيف أن التغيير في مكون جيني واحد يقوم عليه نظام اجتماعي معقد يمكن أن يكون له تأثيرات كبيرة على وظيفة الهيكل الاجتماعي بأكمله. الاكتشافات الحديثة لشكل تعدد الزوجات Solenopsis invicta في تايوان وأستراليا والصين تؤكد فعالية الطفرة في تسهيل غزو النمل. 25

الشكل 3.10. ملكة النمل النار مع العمال والبيض.

الصورة مجاملة من Sanford Porter / USDA-ARS.

نملة غازية أخرى هي النملة الأرجنتينية (Linepithema متواضع) ، كان ناجحًا للغاية ، ربما لأنه يعرض تقليلًا للعدوان داخل النوع. أظهرت دراسة وراثية باستخدام واسمات الحمض النووي للأقمار الصناعية الدقيقة أن هؤلاء النمل عانوا من عنق الزجاجة أثناء التقديم إلى كاليفورنيا مما قلل من التنوع الجيني. يتوافق هذا مع الفرضية القائلة بأن انخفاض التباين الجيني قد يضعف التعرف على العش أو المستعمرة ، مما يسمح للغزاة بالتصرف مثل مستعمرة واحدة كبيرة. وهذا بدوره يسمح لهم بالارتفاع إلى كثافة أعلى مما يفعلون في موطنهم الأصلي. 26

ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة سوداء البطن، هو العمود الفقري لعلم الوراثة المختبرية. 27 يتم تربيته بسهولة بأعداد كبيرة في المختبر وله وقت جيل سريع. هذا يجعله "نظام نموذج" جيد (انظر الفصل 1). تؤثر العديد من الطفرات الجينية على سلوك تزاوج ذبابة الفاكهة. تم منع سلوك الذكور من قبل الجينات المسماة فظة إهانة و غير مثمر ويتم تعزيزه بواسطة هاهو. تقلل الجينات من تقبل الإناث للتزاوج عدم الرضا, العانس، و عفيف. تصبح الطرق التي قد تؤثر بها هذه الجينات على الخطوبة والتزاوج أكثر وضوحًا عند النظر في تسلسل سلوك التودد والأنماط الحسية ذات الصلة. قد تتأثر جميع الأنظمة البصرية والسمعية والحسية الكيميائية.

على سبيل المثال ، تقلل الطفرات التي تؤثر على الجهاز البصري من نجاح تزاوج ذبابة الفاكهة من خلال جعل من الصعب على الذكور العثور على إناث (انظر الشكل 3.11). تجعل الطفرات السمعية الإناث أقل تقبلاً للتزاوج لأنها لا تستطيع سماع أغنية الخطوبة الذكورية. يمكن أن تؤثر الطفرات الكيميائية الحسية على أداء المغازلة بين الجنسين. حقيقة، هاهو يبدو أنه يؤثر على الخلايا الحسية الكيميائية في الأرجل الأمامية للذكور. تعتبر الطفرات التي تؤثر على العمليات في الدماغ أكثر إثارة للاهتمام لأنها يمكن أن تعطي نظرة ثاقبة على تنظيم الجهاز العصبي المركزي وتوليد السلوكيات المعقدة مثل التزاوج. يقدم ذباب الفاكهة نظرة ثاقبة لهذا المستوى من التحكم السلوكي أيضًا.

الشكل 3.11. مغازلة ذبابة الفاكهة هذه أمثلة على السلوكيات التي قد تؤثر عليها الطفرات.


يفاجئ السلوك التناسلي غير المعتاد للنمل الغريب العلماء

ولكن في دراسة جديدة ، وجد ريسينج وزملاؤه بعض المستعمرات الغريبة وراثيًا من النمل الحاصد (Pogonomyrmex) ، والتي لا يبدو أنها تلتزم بالقواعد التقليدية لتطور الطبقات. ووجدوا أن الجينات - وليس البيئة - هي التي تحدد مصير النملة النامية ، وبالتالي الدور الذي ستلعبه في المستعمرة.

أبلغ الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في العدد الأخير من مجلة Current Biology. قادت الفريق سارة هيلمز كاهان ، الأستاذة المساعدة في علم الأحياء بجامعة فيرمونت.

تشتمل مستعمرة النمل النموذجية على ملكة واحدة ، وفي حالة النمل الحاصد ، يوجد مئات أو آلاف العاملات العقيمات (النمل العامل دائمًا إناث ، ومع استثناءات قليلة ، عقيمة. النمل الجندي هو نسخ أكبر من العمال.) خلال حياتها ، والتي يمكن أن تستمر لمدة تصل إلى 20 أو 30 عامًا ، تنتج الملكة بشكل أساسي بيض عاملة.

عادة ما يخدم ذكور النمل ، الذي يأتي من بيض غير مخصب ، غرضًا واحدًا: التزاوج مع ملكة. عادة ما يكون عدد الذكور قليلًا ، وتنتج الملكة بيضًا ذكورًا فقط عندما يحين وقت تكوين المزيد من المستعمرات. ثم تنتج الملكة بيضًا ينتج عنه كل من الذكور والملكات (الإناث الإنجابية). يخرج الذكور والملكات الجدد من العش ، ويتزاوجون ، وتحاول الملكات الشابة إنشاء مستعمرة جديدة. الذكور ، الذين لديهم فترات حياة قصيرة ، يموتون بعد فترة وجيزة من التزاوج.

نوع النمل في هذه الدراسة - النمل الحاصد - هو واحد من أكبر مجتمعات الحشرات في غرب الولايات المتحدة ، مع نطاقات تغطي مئات الأميال وأعشاشًا كبيرة جدًا بحيث يمكن رؤيتها من الطائرات.

قال ريسينغ: "هذه هي النملة التي تدير الغرب - إنها في كل مكان".

لاحظ الباحثون أنه في مناطق معينة - لا سيما جنوب شرق ولاية أريزونا ونيو مكسيكو - بدت بعض ذكور النمل الحاصدة مختلفة. لذلك قاموا بجمع العشرات من أزواج الملكات والرجال وأعادوا هؤلاء الأزواج إلى المختبر لإجراء الاختبارات الجينية ، وكانت النتائج مفاجئة.

وقال ريسينج: "الحمض النووي لبعض هؤلاء النمل كان غريبًا - وبالتأكيد لم نتوقع الحصول على النتائج التي حصلنا عليها". "يبدو أن الملكات في هذه المستعمرات تتزاوج مع ذكور من سلالتين وراثيتين مختلفتين. وعندما تتزاوج ملكة وذكر من نفس النسب عادة ، عادة ما ينتج عنها أنثى تناسلية - ملكة أخرى. ولكن عندما تتزاوج ملكة ورجل من جينات مختلفة. تزاوجت السلالات ، وأنتج هذا الاقتران بأغلبية ساحقة عاملاً عقيمًا.

وتابع: "هذا النوع من السلوك الإنجابي يختلف تمامًا عما نتوقع رؤيته في مجتمعات النمل". "كنا نتوقع أن نرى نفس تسلسل الحمض النووي لجميع النمل في مستعمرة معينة. ولكن هذا ليس ما حدث هنا."

لا يهم أن التجارب المعملية تحاكي تأسيس مستعمرة جديدة ، والتي تعتمد بشكل كبير على العمال وتحتاج فقط إلى ملكة واحدة: عندما تتزاوج ملكة ورجل من نفس النسب ، فإنهما ينتجان بيضًا من شأنه أن يؤدي إلى ظهور العديد من الملكات. وأظهرت النتائج أيضًا أن جميع البيض الذي يتم إنتاجه أصبح شغالات عندما تتزاوج ملكة مع ذكر بديل من النسب.

قد تملي التفسيرات التقليدية لمستعمرات الحشرات الاجتماعية أن الحاجة إلى العمال ستؤثر على مصير دور النملة ، وبالتالي تجاوز أي استعداد وراثي تظهر هذه الدراسة أنه ليس كذلك دائمًا.

كان لنمل الحاصد سلالتين وراثيتين مختلفتين أشار الباحثون إلىهما باسم H1 و H2.

تم إقران كل ملكة H1 و H2 مع ذكر H1 أو H2. في الطبيعة ، تتزاوج ملكات النمل خلال فترة زمنية واحدة فقط ولكن تتزاوج مع العديد من الذكور خلال تلك الفترة (وهذا يتسبب في تكوين الملكة لبنك كبير للحيوانات المنوية.) يمكن للملكات تخزين الحيوانات المنوية ووضع البيض طوال حياتها.

وضعت جميع الملكات في الدراسة حوالي 60 بيضة مخصبة ، ولكن 0.3 في المائة فقط من البيض من أزواج من نفس النسب (ملكة H1 وذكر ملكة H2 وذكر) تطورت إلى مرحلة البلوغ. قامت الملكة بتربية هؤلاء الإناث الإنجابية - الملكات وراثيا - كعاملات ، على الرغم من أن الباحثين لاحظوا أن هؤلاء النمل على ما يبدو واجهوا صعوبة في أداء دورهم كعاملات.

قال ريسينج: "إن النمل من نفس النسب الذي نجح في بلوغ سن الرشد قد فقد تمامًا تقريبًا قدرته على التطور ليصبح عاملاً وظيفيًا".

في المقابل ، أصبح 87 في المائة من بيض السلالة البديلة عمال بالغين ناجحين.

وقال ريسينج "من الواضح ما يجب على الملكة أن تفعله .. يجب أن تتزاوج مع أكثر من ذكر."

يعتقد الباحثون أن ملكات النمل الحاصدة يمكنها على الأرجح معرفة الفرق بين الذكور الذين تزاوجوا معهم. كما لاحظ الباحثون أن الذكور كانت ألوانهم مختلفة ، اعتمادًا على النسب التي ينتمون إليها. في البرية ، قد تستخدم الملكة هذه المعلومات للتأكد من أن لديها ما يكفي من الحيوانات المنوية من الذكور من كلا السلالتين ، مما يضمن نجاح المستعمرة.

ومن المثير للاهتمام أن الذكور على ما يبدو لا يستطيعون التمييز بين الإناث. (قال ريسينج إنه وزملاؤه لم يتمكنوا من معرفة الفرق إلا بمساعدة تقنية المختبرات الجزيئية الحديثة).

وقال ريسينج: "إذا استطاع الذكور ، فقد يعني ذلك نهاية المستعمرة ، لأن الذكور قد يفضلون التزاوج مع ملكة من نفس النسب". من الناحية النظرية ، يريد ذكر النمل أن تستمر جيناته. إذا قام حيوانه المنوي بتخصيب بويضة من ملكة ذات سلالة مختلفة ، فإن جيناته ستموت مع العاملة العقيمة التي يتم إنتاجها.

وقال ريسينج: "تعتمد هذه المجموعة من النمل الحاصد على نظام السلالتين هذا للبقاء على قيد الحياة". "طبقة العمال الهجينة هي ما يربط بين مجموعتين مستقلتين من المجموعات المستندة إلى جينوم H1 و H2. حتى الآن ، هذا اكتشاف غير عادي إلى حد ما. ولكن مع وصولنا إلى المزيد والمزيد من الأدوات التي تساعدنا على فهم ما يحدث في الجزيئات المستوى ، فمن المحتمل أن نجد أن الكثير من الحشرات الاجتماعية والحيوانات الأخرى لا تتوافق مع توقعاتنا وتوقعاتنا ".

أجرى ريسينج وكاهان هذه الدراسة مع جلينيس جوليان من جامعة أريزونا ، وتانيا شواندر وجويل باركر ، وكلاهما مع جامعة لوزان في سويسرا.

تم تمويل هذا العمل من خلال منح من مؤسسة Durfee والجمعية السويسرية لعلماء الطبيعة والمؤسسة السويسرية الوطنية للعلوم.

الاتصال: Steve Rissing، 614-688-4989 [email protected]
بقلم هولي واجنر ، 614-292-8310 [email protected]

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


لماذا تريد الخنافس أن تنظر وتتصرف وتشم مثل نمل الجيش؟ لأكلهم بالطبع

تعد مستعمرات النمل الحربي موطنًا لكنز دفين من الطعام المهاجم والأحداث العاجزين الذين تحب الحشرات الأخرى أن تتغذى عليهم. لكن المرء لا يسير ببساطة إلى مستعمرة نملة الجيش ويبدأ في الأكل.

سيواجه الدخلاء غير المستعدين أسرابًا من النمل العدواني المتشوق للدفاع عن عشهم. هذا هو السبب في أن العديد من الحشرات - مثل السمكة الفضية والعث والدبابير - طورت دروعًا أو تنكرًا ذكيًا لمداهمة مستعمرات النمل.

تأخذ عدة أنواع من خنافس الروف ، وهي عائلة متنوعة من الحشرات الصغيرة الممدودة ، هذا إلى أقصى الحدود.

هذه الأنواع من الخنافس قادرة على التسلل إلى أعشاش النمل من خلال مخطط تقليد متطور ، وتطوير قرون استشعار وأرجل تشبه النمل ، ورائحة تشبه النمل وحتى سلوكيات تشبه النمل للاستيعاب في صفوف مضيفيهم.

في الستين مليون سنة الماضية ، ظهر هذا التنكر من الخنفساء إلى النمل 12 مرة مختلفة في أجناس مختلفة من الخنافس الرملية حول العالم ، وفقًا لبحث نُشر هذا الشهر في Current Biology.

قال جوزيف باركر ، عالم الأحياء التطورية بجامعة كولومبيا الذي قاد الدراسة: "لا يوجد شيء آخر يشبه ذلك تمامًا في علم الأحياء". "تطورت هذه الخنافس بشكل مستقل لتعيش مع النمل الحربي. لقد تحولوا نوعًا ما إلى شكل مضيفي النمل وتغير سلوكهم أيضًا ".

قضى باركر وزميله ، مونيوشي ماروياما من جامعة كيوشو في اليابان ، عقدًا من الزمان في الحقل للبحث عن الحشرات الصغيرة بين الآلاف من النمل العسكريين في المسيرة وجمعها لتحليل الحمض النووي لاحقًا. العديد من الأنواع التي وجدوها كانت جديدة على العلم.

من خلال إعادة بناء تطور الفصيلة الفرعية لخنفساء الرمل التي تحاكي النمل اليوشارينا، وجد الباحثون أن الحشرات تنحدر من سلف مشترك عاش قبل 105 مليون سنة في أوائل العصر الطباشيري. كان هذا في نفس الوقت تقريبًا ظهرت فيه النباتات المزهرة والثدييات الحديثة.

بدا أسلاف النمل المحتالون أكثر شبهاً بالخنافس "التي تعيش بحرية" اليوم ، تلك التي لا تعيش كطفيليات داخل مستعمرات النمل.

عندما غزا النمل والنمل الأبيض في الجيش المناطق الاستوائية خلال حقبة حقب الحياة الحديثة ، اتخذ ما لا يقل عن 12 سلالة منفصلة من خنفساء الروف خصائص تشبه النمل.

يسمي الباحثون هذا المثال القديم للتطور المتقارب ، حيث تتبع مجموعات غير مرتبطة أو منفصلة من الكائنات الحية مسارات تطورية متوازية على ما يبدو.

يعد تقليد النمل الذي تقوم به خنافس روف مفاجئًا ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى تعقيد تكيفها. يقتصر التطور المتقارب عمومًا على سمة واحدة ، مثل شكل العينين أو الأجنحة.

كما أنه من غير المعتاد أن تكون الخنافس قد طورت هذه التنكر خلال فترة طويلة من الزمن.

عادة ، يحدث التقارب على مدى بضعة ملايين من السنين فقط. وذلك لأن الأنواع ، على الرغم من أنها منفصلة ، تشترك في مخطط جيني مماثل يسمح لتطورها باتباع دورات مماثلة.

هذا ليس هو الحال بالنسبة للخنافس الرملية ، التي انقسم أسلافها القدامى إلى مجموعات منفصلة منذ أكثر من 50 مليون سنة. في ذلك الوقت ، أصبح كل نوع من الخنافس أكثر تميزًا وراثيًا. ومع ذلك ، تمكنت أكثر من اثنتي عشرة خنافس روف من تطوير تنكر خاص بها يشبه النمل.

تطورت كل هذه الخنافس للبقاء على قيد الحياة في مكان خاص للغاية ، في هذه الحالة المستعمرات القاسية لنمل الجيش. بعبارة أخرى ، لم يكن لدى الخنافس الحرية في تطوير أساليب مختلفة للحياة ، على حد قوله.

قال باركر: "إذا كانت الظروف الانتقائية صحيحة وكانت المادة الأولية صحيحة ، فإن التطور يمكن أن يكون متوقعًا للغاية". للعيش في مستعمرة النمل ، "من المفترض أن تلتزم بقواعد محددة. هذه رائحتها مثل نملة الجيش وتتصرف مثل نملة الجيش ".

من المحتمل أن يكون آخر سلف مشترك للمحتالين للنمل قد مر على مجموعة من التعديلات التي هيأت الحشرات لتطوير سمات تقترب في النهاية من مظهر ورائحة وسلوكيات أنواع مختلفة من النمل الحربي.

لكن أولاً ، كانت الخنافس بحاجة إلى السبب المغامرة في عرين نمل عسكري خطير: حضنة النمل في العش ومفصليات الأرجل مصدرًا جذابًا للطعام. للبقاء على قيد الحياة في مثل هذه البيئة المعادية ، سمحت لها الغدة الدفاعية للخنافس على بطنها بإفراز مادة كيميائية مزعجة ، تسمى كينون ، والتي سمحت لها بالدفاع عن نفسها ضد النمل العدواني.

“They can walk into an ant colony, eat their resources and sort of blast them in the face with quinones,” Parker said. “They can get in the door because they can chemically defend themselves.”

Finally, rove beetles possess a body plan that’s much easier to remodel into the shape of an ant. Free-living rove beetles have a relatively short wingcase and a flexible abdomen, so they’re only a few steps away from being ant-like, Parker said. Then all the myrmecoid beetles needed was elongated antennae and legs.


The emergence of division of labor among clonal ants

Our study published in طبيعة سجية this week began with a simple question about the origins of social life: what are the benefits of group-living and how early do they kick in?

Daniel Kronauer had just opened his مختبر at the Rockefeller University when I joined his team as a postdoc. Daniel’s lab was developing a new and extremely promising model system for the study of social evolution and behavior, the clonal raider ant (Photo 1), which was ideal to investigate this question.

Photo 1. A group of clonal raider ants, hand-painted so as to be individually recognized by our tracking software. The ants are genetically identical and morphologically very similar to each other. Note that this is not an actual experimental colony, which is why some ants carry the same combination of color dots. Picture © Daniel Kronauer

Sociality has long been thought to be beneficial because groups can divide labor among individuals to increase their efficiency. While division of labor is often very sophisticated in social insect colonies—with work divided between highly specialized, morphologically differentiated castes (e.g. large, fertile queens and one or more castes of smaller, sterile workers)—this extreme form of division of labor only evolved after sociality was already established. To evolve from solitary ancestors, sociality must have initially generated benefits in small, simple groups consisting of related, morphologically similar, fertile individuals. How division of labor and its hypothesized benefits could have arisen under such conditions remained unclear.

As it turns out, the clonal raider ant displays a very unusual social organization that naturally resembles these conditions: all ants in a colony are genetically identical and morphologically very similar, and they can all perform all tasks, including reproduction. This implies that—at least in principle—they can live on their own.

With this convenient species, we set out to measure division of labor and fitness in experimental colonies over a size range corresponding to the onset of group-living (1 to 16 ants). Measuring fitness was straightforward, but the tools needed to measure behavior and division of labor were not available. So together with Jonathan Saragosti, a postdoc in the lab with a background in physics, we developed them from scratch. There were of course some trials, errors, and initial setbacks, including the accidental discovery that some types of silicon are highly toxic to ants, a long quest for the best ant paint, and much drama involving a climate room with an attitude. But we eventually succeeded in developing a setup to record images from many colonies in parallel (Photo 2, Video 1-2), software to detect and identify each ant in those images, and statistical methods to analyze the resulting data.

Photo 2. A tracking setup comprised of multiple webcams (top of image) records images from an array of experimental colonies housed in small dishes (bottom of image). The dishes have a plaster of Paris floor for the ants to nest and walk on. Picture © Yuko Ulrich.

Using those methods, we found that division of labor self-organizes surprisingly early, in colonies of as few as six workers. As group size increased, individual workers became more specialized and colonies became behaviorally more diverse, even though all ants had the exact same genotype and age. In parallel with those effects on behavior, fitness also rapidly increased with group size.

We wondered whether our observations were compatible with the best-known نموذج for self-organized division of labor, in which small intrinsic differences between individuals drive them to specialize on different tasks. من أجل هذا، Chris Tokita و Corina Tarnita from Princeton University joined the project. At the time, Chris was in the first year of his PhD program and was looking to start a theoretical project exploring self-organization and division of labor, and he visited our lab at just the right time to get involved.

Initially, our and their instincts were that social interactions were necessary to explain what was going on. Thus, they set out to construct their own model incorporating social interactions among individuals that they hoped would better match the data, while using the established model as a baseline to compare against. Their rigorous theoretical analysis, however, revealed that the well-known model could easily reproduce our empirical results.

Moreover, an exploration of the model also bore predictions we had not yet explored. Theoretical analysis suggested that larger groups were better able to maintain stable conditions inside the colony, or in other words that they were more homeostatic. Homeostasis is an essential property of life, and as such is inherently linked to fitness. Going back to our empirical data, we found that larger colonies were indeed more homeostatic, which is a likely explanation for why they also did better in our experiments. In reflection, the interplay in our collaborative experiments-and-theory approach played out ideally in this manner: first the experimental results were used to inform the model, which in turn gave further insights into the data.

As a whole, our results indicate that several important colony properties ( division of labor , homeostasis and increased fitness) can naturally emerge in very small social groups composed of very similar individuals. Beyond the evolution of sociality, these results might also have implications for the study of other “major transitions in evolution “ (steps in evolution where smaller entities came together to form larger entities, then differentiated and became inter-dependent), such as the evolution of multicellularity and the associated emergence of cell differentiation.

From a simple question, this project has grown into an exciting collaboration between empiricists and theoreticians that continues beyond this paper, and has led to the development of tools that are now used by several researchers for various experiments.


How Argentine Ants Built the Largest Known Cooperative Structure in Kingdom Animalia

The earliest record of the Argentine ant (Linepithema متواضع) dates to 1847, from the Atlantic island of Madeira, then a hub for Portugal’s trade with its colonies. This is strange for a species that’s native to the Panara river drainage system in South America, and is found in parts of Argentina, Brazil and Uruguay. Perhaps the Madeira record should have been the first call for attention to be paid to an invader caught in the throes of an endless, insatiable conquest.

The Argentine ant began to hitchhike on the backs of Spanish and Portuguese explorers in the 16th and 17th centuries, eventually stowing away on ships and other transportation systems in the mid-1800s and winding up in Europe and North America.

This individually unremarkable insect has since established populations in at least 15 countries on six continents. It is resourceful, adaptable and resilient to various shocks and stresses, and frequently displaces or wipes out native ant species, precipitating ecological disruption wherever it has gone.

The most interesting thing about the Argentine ant is how it has changed in the two centuries since the first populations arrived in Europe. Today, the foreign members of the species – introduced from outside a country to inside – differ from their native cousins in the biochemical particularities that govern how ant societies are formed.

Ants are social organisms that form anonymous societies: unity doesn’t require individual recognition. Instead, ant species are characterised by a communal identity. Ants with similar genetic ancestry share chemical profiles and other cues, some of which also help identify what role each ant pays in a colony.

Most ant species are monogynous: a system of organisation in which one egg-laying queen builds a colony. A typical colony consists of the queen, her sterile female workers who forage and look after the larvae, and the drones: male ants whose sole purpose is to mate with the queen and die shortly afterwards.

During certain windows, the queen gives birth to reproductives: winged males and females that depart the nest in a swam to mate in other nests or to form entirely new colonies. This results in a feature called multi-coloniality, and each colony has a specific chemical profile shaped by the presence of cuticular hydrocarbons, usually defined by the queen.

Once an ant encounters a foreign chemical profile, it becomes aggressive. This helps maintain the colony’s integrity but results in both interspecific (between ant species) and intraspecific (within an ant species) aggression. In this organisational system, territorial boundaries are strictly demarcated but are limited in size.

However, the Argentine ant is polygynous: existing in colonies with multiple egg-laying queens. The mating season begins with a strange ritual in which worker ants kill a large fraction of existing queens.

After this, the reproductives begin mating, but instead of swarming out, female alates1 mate within the nests. As a result, nests can grow quickly in size thanks to the presence of so many queens giving birth. After a certain threshold, a queen may choose to embark on foot from a nest with a host of selected workers to establish a new colony, in a process called budding. The new nest retains the original nest’s chemical profile, resulting in the formation of a polydomous society, with multiple nests linked to one another across a geographical area. Queens and workers can move freely between them.

Unlike multi-colonial societies, a polydomous society exhibits a high degree of cooperation between different nests and a decrease in intraspecific aggression. Such behaviour is called unicolonial behaviour.

Unicoloniality lends itself to the formation of large networks of nests and colonies. However, colony size in the Argentine ant’s native range is limited by the emergence of genetically different colonies followed by intraspecific aggression. Even when unicoloniality supports the growth of super-colonies, these colonies remain much smaller than those formed by Argentine ants in non-native areas. Scientists have argued that this could be because of the presence of other, highly aggressive ant species, many of which are also successful invasive species in other parts of the world.

Argentine ants in foreign lands, on the other hand, have been known to form mind-bogglingly big colonies in the US, Europe, Australia, Northern Africa and Japan.

According to scientists, there are two reasons for this. Unlike in their native range, the Argentine ant doesn’t have to compete with other aggressive ant species for resources and can smoothly expand their colonies. Second, each super-colony across the world has its own founding population: a group of genetically similar ants that arrived from South America and founded a colony. Scientists believe they passed this genetic similarity on to their offspring, fostering the so-called founder effect.

For a long time, experts thought a super-colony in southern Europe, nearly 6,000 km long along the Mediterranean coast, was the world’s largest. In 2009, researchers from the University of Tokyo announced the discovery of a new record-holder. They had been able to link the genetic profiles of super-colonies in California and on the Japanese west coast together with the Mediterranean colony. When they brought individuals from these colonies close to each other, they cooperated instead of fighting, implying that three colonies in three continents were in fact one mega-colony spanning the globe – the largest known cooperative structure in the animal kingdom.

In effect, the Argentine ant isn’t an invasive species but an invasive community, comprising many billions of cooperative ants.

This is an evolutionary contradiction. Once a colony becomes so big that different parts of it are effectively in different environments, the ants living there typically evolve differently and show signs of aggression when brought together. How then do ants from opposite ends of the planet still work together? We don’t yet know.

New research has presented some clues. Scientists now believe unicoloniality has an inherent attribute triggered when Argentine ants are introduced to a non-native range with few threats. This attribute erases certain alleles that regulate recognition in ants, rendering the ants less discriminatory than they might be at home, and more willing to cooperate with any ant from the same species that is genetically similar.

This said, the Argentine ant has been facing stiffer competition of late. Territorial fights against the red imported fire ant (Solenopsis invicta), the tawny crazy ant (Nylanderia fulva) and the Asian needle ant (Pachycondyla chinensis) have weakened its holds in the US. The African big-headed ant (Pheidole megacephala) has prevented it from gaining ground in South Africa. In San Diego, a super-colony split in two, precipitating a battlefront many miles long in which 15 million ants died in six months of 2004.

Together with human efforts to hold such invasive species at bay and preserve endangered ecosystems, it seems the Sun may finally have started to set on the Argentine ant empire.

Kaustav Sood is a recent graduate from the history department at Ashoka University, Sonepat, and is currently interning with the National Skill Development Corporation. This article has been adapted from a research paper the author wrote while at Ashoka University.


Although there are some companies that will sell worker ants for your farm, it’s even more fun to collect them yourself from the different kinds of places where ants like to build their homes.

There are a few key ideas to keep in mind when you go ant-hunting. Some kinds of ants, but not all of them, will sting to defend their colonies from you, so it’s probably best to leave these ants alone. But there are many other kinds of ants that can’t sting at all, which are more pleasant to have around. But you will have to spend some time carefully figuring out what kind of ant you’re watching to see if it’s a stinger or not.

Next, one of the most important tricks for collecting your own ants is to collect at the right time of year. In the winter, when it is cold, you probably won’t be able to find very many ants. لما لا؟ Well, probably because ants can’t move very fast in the cold. In the spring and summer, however, ants are usually much more active and will be easier to find. Often, if you give them the right motivation, they might find you before you find them!

Depending on where you live, you might have to do some detective-work to locate an ant colony, and keep in mind that different types of ants like to live in different types of homes: in the soil or in mounds, underneath rocks, or in acorns or pieces of wood. The kinds that are the simplest to find and collect are the ants that are found in the ground.

If you live in an area where ants live in the soil or where ants build mounds, you have a pretty easy job. To find them, just walk around slowly and look for the entrance to a nest. Spend some time trying to find a couple of nests to get an idea of how many different kinds of ants you can choose among. Usually, if you find the entrance and dig up about six inches of soil, you’ll be able to find a lot of worker ants.

If you decide to look for ant nests underneath rocks, all you need to do is carefully flip over a rock that is around the size of a loaf of bread, and check underneath. This method of ant-hunting is kind of like a game of hide-and-go-seek: you won’t find ants underneath every single rock, but it’s really exciting when you do find them. If you look for ants under rocks, please be careful to put the rocks back when you are finished checking for ants. That way, other animals that like to hide out can still use the rocks as a nice hiding place.

Once you have found an ant colony, you can then scoop up some ants with a hand shovel and put them into a clear plastic Tupperware container or glass jar to bring them back with you. The number of ants that you can bring back will depend on how big the colony is and how many you want to collect.

Ants are usually pretty good at climbing, so make sure that your container closes tightly! If you need to transfer them to a new container at any point, it’s okay to knock the container to shake all of the ants to the bottom. They are pretty sturdy and can usually recover quickly.


Enslaved worker ants fight back through acts of sabotage

It would appear that ants that are kept as slaves by more powerful species aren't as helpless as they might appear. New research from Gutenberg University Mainz in Germany shows that enslaved ants conduct their own form of civil disobedience, by neglecting and killing the offspring of their oppressors. And by doing so, the ants may be preventing their comrades outside the nest from being enslaved themselves.

This discovery was made by ant researcher Susanne Foitzik who started to observe this behavior back in 2009. But what she has since discovered is that this is not an isolated trick limited to one species over the course of her studies, Foitzik has observed at least three different ant populations in which these acts of rebellion occur. It would appear, therefore, that it may be a fairly common way for enslaved ants to fight back.

Ants such as Temnothorax longispinosus become enslaved when workers from the slave-making ant colony, Protomognathus americanus, attack their nests. The parasitic master ants kill the adults of the subjugated population, and steal their offspring. Once back at their nest, the master ants force the new generation to feed and clean their larvae, thus compelling them to raise the offspring of their oppressors (what's called "brood parasitism").

At least up until a certain point — but it would appear that the enslaved ants have evolved a fairly potent countermeasure.

Foitzik observed that 95% of the brood survives the larval stage — but things change dramatically once the larvae starts to pupate. At this point, the pupae give off a chemical signature that the enslaved ant recognizes as being foreign. In turn, the slave ants ignore and even outright kill the baby ants by tearing them apart — as much as 65% of them (normally, 15% don't survive). Foitzik's research even showed some survival rates that were as low as 27%.

Clearly, the slave ants are making a difference — and at no benefit to themselves. But their free relatives back home (as much as it can be said that ants are "free") are clearly benefiting from their enslaved brethren working behind the front lines. And in fact, slavemaker colonies damaged by slave sabotage have been observed to grow slower and smaller slave-making colonies, while conducting fewer and less destructive slave raids.

What's particularly fascinating about this discovery is that the enslaved ants are not the ones passing the "destroy enemy pupae" genes to the next generation. Instead, this characteristic is arising and being reenforced among the free ants.

This research was financed since October 2011 by the project "The evolution of resistance and virulence in structured populations" funded by the German Research Foundation.

The entire study can be read at Evolutionary Ecology.

Image: Dr. Morley Read/Shutterstock.

Share This Story

Get our newsletter

نقاش

What's particularly fascinating about this discovery is that the enslaved ants are not the ones passing the "destroy enemy pupae" genes to the next generation. Instead, this characteristic is arising and being reenforced among the free ants.

[Puts on evolutionary biologist wizard's hat]

Ahem. While learned behavior is certainly possible, I wouldn't completely exclude genetic causes, or at least a genetic predisposition towards this behavior.

When talking about genetics and evolutionary adaptation, it is vitally important to understand that all evolution cares about is the survival of الجينات rather than the survival of كائن حي فردي. Genetic traits can be passed along directly from parent to child or indirectly through the process of "gene altruism" aka. inclusive fitness .

To put it in simple mathematical terms— If my self-sacrifice saves the life of my brother/sister (who shares the exact same percentage of genes with me as my own offspring, 50%) or my niece/nephew, (who shares the exact same percentage of genes as my own off grandchild, 25%) then that trait stands a pretty good chance of being passed along to subsequent generations, even if I'm not the one doing the passing.

This is something that proponents of intelligent design often don't understand, when ranting about bombardier beetles and exploding carpenter ants. It is perfectly logical for genetic traits to arise which don't necessarily benefit the poor creature destined to "take one for the team," but do benefit the rest of the species, provided it increases the survival chances of other individuals who share that same genetic trait.

One of the reasons why we see so much of this self-sacrifice behavior in haplodiploid species like ants, wasps, and bees is because sisters are more closely related to each other (75%) than to their offspring (50%).

Therefore, assuming there is a genetic predisposition towards "if slave, then rebel," killing off the brood of your oppressors would definitely reinforce the inclusive fitness of that particular gene, by making sure your sisters back home experienced fewer and/or less damaging slave raids than neighboring colonies which might not share these same genes.

Mind you, I'm not saying this يكون the mechanism by which this skill is passed along, (creatures like ants and bees have certainly proven to be excellent communicators), just that it certainly استطاع يكون.

The only way to tell for sure would be to compare the genetic structure of ants who rebel with similar ants who don't rebel, try to determine the chromosomal variance between the two, and if we find something which seems to be the "on switch" for this kind of behavior, see what happens when we switch it off.

Not that things are usually that simple, especially when dealing with complex behaviors. For example: There could be a gene sequence for "destroy enemy pupae," and another one for smelling the difference between "good ants" and "bad ants," but turning off either would have the same result of not rebelling against your ant oppressors.


شاهد الفيديو: تسجيل صوت كلام النمل.. غريب جدا (ديسمبر 2022).