Термиты – одни из самых доминирующих организмов на планете, способные создавать огромные колонии из миллионов особей. Их высокоорганизованные сообщества давно ставят перед учеными вопрос: как насекомые с такой сложной социальной системой произошли от одиночных предков, больше похожих на современных тараканов? Новое исследование Сиднейского университета предлагает неожиданный ответ. Вместо того чтобы усложнять свой геном, добавляя новые гены, термиты развили сложное социальное поведение, избавившись от части генетического материала, включая гены, связанные с конкуренцией сперматозоидов.
Международное исследование, опубликованное в журнале Science, прослеживает эволюционный путь термитов от их предков – обычных тараканов, которые перешли на питание мертвой древесиной. Эта смена диеты запустила целую серию генетических и поведенческих изменений, которые в итоге и привели к появлению термитов и их строго структурированных колоний. «Наше исследование показывает, как их ДНК менялась сначала по мере специализации на этой бедной питательными веществами диете, а затем снова, когда они становились социальными насекомыми», – поясняет профессор Натан Ло из Сиднейского университета, один из ведущих авторов работы.
Чтобы понять, как разворачивались эти изменения, ученые проанализировали и сравнили геномы тараканов, древесных тараканов (близких родственников термитов, живущих небольшими семейными группами) и нескольких видов термитов с разным уровнем социальной организации. Одной из самых явных закономерностей оказалось то, что геномы термитов и древесных тараканов меньше и проще, чем у обычных тараканов. По мере того, как термиты становились все более зависимыми от сотрудничества и обмена пищей внутри колонии, они теряли многие гены, участвующие в метаболизме, пищеварении и размножении.
«Удивительный результат заключается в том, что термиты повысили свою социальную сложность, потеряв генетическую сложность, – говорит профессор Ло. – Это противоречит распространенному предположению, что более сложные животные сообщества требуют и более сложных геномов». Особенно показательной стала утрата генов, отвечающих за формирование хвоста, или жгутика, сперматозоида. В отличие от тараканов и большинства других животных, сперматозоиды термитов не имеют хвостов и не способны плавать. По словам ученых, эта потеря не является причиной моногамии, но служит ее убедительным индикатором.
У многих животных, включая тараканов, самки спариваются с несколькими самцами, что ведет к острой конкуренции спермы. В этой борьбе преимущество получают сперматозоиды, способные быстро плавать с помощью жгутиков. Однако, как только предки термитов стали моногамными, эта конкуренция исчезла. Без эволюционного давления отпала и необходимость поддерживать гены, обеспечивающие подвижность спермы. Таким образом, новые данные убедительно свидетельствуют, что строгая моногамия и, как следствие, высокая степень родства внутри группы были необходимым условием для эволюции сложных обществ у термитов.
Исследование также объясняет, как внутри колоний термитов распределяются социальные роли. Эксперименты показали, что судьба молодой особи – стать рабочим или будущим королем либо королевой – во многом зависит от питания на ранних стадиях развития. Личинки, получающие обильную пищу от старших сородичей, развивают высокий уровень метаболизма и становятся рабочими, которые не размножаются. Те же, кто получает меньше еды, поначалу растут медленнее и сохраняют способность стать репродуктивными особями в будущем. Эти петли обратной связи, основанные на обмене пищей, позволяют колониям точно настраивать численность своей «рабочей силы» и поддерживать стабильность на протяжении долгого времени.
