Mrówki robią coś, co wydawało się niemożliwe. Tworzą hybrydy

Przyjęliśmy, że w świecie zwierząt potomstwo powstaje w ramach jednego gatunku. Samica i samiec przekazują swoje geny, a dzieci należą do tej samej linii. Tymczasem zespół biologów ewolucyjnych z Francji, Włoch i Hiszpanii właśnie udowodnił, że nie zawsze tak jest. Królowe Messor ibericus, pospolitych w południowej Europie mrówek żniwiarek, potrafią nie tylko wydawać na świat własne córki i synów, ale także klonować samce innego gatunku, Messor structor.

– To absolutnie fantastyczna, dziwaczna historia, która pozwala na scenariusze wydające się niemal niewyobrażalne – mówi magazynowi „Nature” Jacobus Boomsma, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Kopenhaskiego.

Hybrydowe robotnice i „obce” samce

Zespół Jonathana Romiguiera z Instytutu Nauk o Ewolucji w Montpellier przebadał setki kolonii Messor ibericus. Wyniki były jednoznaczne: wszystkie robotnice w ich gniazdach to mieszańce: połowa ich DNA pochodzi od matek M. ibericus, druga połowa od ojców M. structor. To zaskakujące, bo oba gatunki oddzieliły się ewolucyjnie ponad 5 mln lat temu, czyli mniej więcej wtedy, kiedy rozeszły się linie ewolucyjne człowieka i szympansa.

Jeszcze dziwniejsze okazały się badania prowadzone na Sycylii. Na wyspie nie znaleziono ani jednej kolonii M. structor, a mimo to w gniazdach M. ibericus roiło się od robotnic-hybryd. Źródło tej zagadki odkryto, analizując DNA samców. Okazało się, że część z nich ma genom M. structor, ale mitochondrialne DNA, dziedziczone po matce, typowe dla M. ibericus. To dowód, że zostały urodzone przez królową iberyjską.

– Stwierdzenie, że samica jednego gatunku rodzi samca innego, brzmi naprawdę jak science fiction. A jednak to prawda – podkreśla Romiguier w rozmowie z „New Scientist”.

Ksenoparia, to znaczy”obce potomstwo”

Autorzy badań zaproponowali nawet nowy termin: ksenoparia (od gr. xeno – obcy, parity – rodzić). Oznacza on sytuację, w której samica w ramach swojego cyklu życiowego rodzi przedstawicieli innego gatunku. Dotąd w świecie zwierząt znano różne strategie rozmnażania, w tym partenogenezę, czyli dzieworództwo, gdy z niezapłodnionych jaj powstają samice, czy hybrydyzację, czyli krzyżowanie się blisko spokrewnionych gatunków. Nigdy jednak nie obserwowano, by jeden gatunek regularnie wytwarzał drugi.

Mechanizm, który to umożliwia, określono jako klonowanie międzygatunkowe. Królowa M. ibericus wykorzystuje plemniki przechowywane w specjalnym narządzie – spermatece, swoistym „magazynie nasienia”, w którym samice mrówek mogą trzymać zapas plemników przez całe życie. Dzięki temu produkuje samce M. structor. Jądra komórkowe takich zarodków zawierają wyłącznie DNA obcego gatunku, a jedynym wkładem matki jest mitochondrialne DNA – materiał genetyczny znajdujący się w „elektrowniach” komórki, mitochondriach, przekazywany zawsze w linii żeńskiej.

Po co mrówkom tak skomplikowana strategia? Najprostsza odpowiedź: aby zapewnić przetrwanie kolonii. Z jakichś powodów M. ibericus utraciły zdolność do produkcji własnych robotnic. Mogą rodzić tylko królowe i samce. Aby uzyskać robotnice, niezbędne do karmienia larw czy budowy gniazda, muszą krzyżować się z M. structor. Hybrydowe córki stają się pracownicami silnymi i sprawnymi, dzięki tzw. efektowi heterozji (ang. hybrid vigour), czyli zjawisku, w którym mieszańce dwóch gatunków łączą najlepsze cechy rodziców i są zdrowsze oraz bardziej odporne.

– Królowa absolutnie potrzebuje tych klonalnych samców. Bez nich nie byłoby robotnic, a więc i kolonii – wyjaśnia Romiguier.

Naukowcy porównują ten układ do udomowienia, tyle że w skali genomu innego gatunku. M. ibericus nie tylko „wykorzystuje” spermę obcych samców, ale wręcz utrzymuje w swoich gniazdach odrębną, klonalną linię samców należących do gatunku M. structor. To unikatowa forma „seksualnej domestykacji”. – Można to przyrównać do sytuacji sprzed miliarda lat, gdy pierwotne komórki eukariotyczne wchłonęły bakterie, które stały się mitochondriami – komentuje Romiguier w rozmowie z „Nature”.

Zdradliwa chemia i granice gatunków

Ciekawym eksperymentem było przeniesienie „klonowanych” samców M. structor do normalnej kolonii ich gatunku. Zostały natychmiast zabite jako intruzi. Choć genetycznie były niemal identyczne, zdradził je zapach. Noszą bowiem feromony iberyjskich matek, co dla „prawdziwych” M. structor oznacza obcego wroga.

Co więcej, samce te są często niemal nagie, pozbawione charakterystycznego owłosienia, jakie mają „dzikie” M. structor. To kolejny dowód na to, że mamy do czynienia z odrębną, „udomowioną” linią.

Badacze zwracają uwagę, że ta niezwykła strategia mogła powstać wskutek zjawiska tzw. pasożytnictwa nasiennego, czyli sytuacji, w której samica jednego gatunku używa nasienia innego, by pobudzić rozwój własnych jaj. Z czasem iberyjskie mrówki poszły dalej – zaczęły samodzielnie „produkować” obce samce, które stały się niezbędne do utrzymania kolonii.

Claudie Doums, ekolog ewolucyjny z École Pratique des Hautes Études w Paryżu, podsumowuje: – Mrówki nieustannie zmuszają nas do otwartości na odkrywanie nieortodoksyjnych systemów rozrodu.

To odkrycie stawia pytania o granice pojęcia gatunku. Jeśli jedna królowa regularnie rodzi przedstawicieli dwóch linii ewolucyjnych, które rozdzieliły się miliony lat temu, to gdzie przebiega granica „rodziny”? – To tak, jakby człowiek mógł rodzić szympansy, a one nadal byłyby potrzebne do przetrwania naszego gatunku – mówi Romiguier.

Zespół zwraca uwagę na koszt tej strategii. Klonalni samce M. structor nie mieszają swoich genów z dziką populacją, przez co mogą gromadzić szkodliwe mutacje i tracić różnorodność. Naukowcy obawiają się, że z czasem taka linia może się „zużywać” i stać coraz mniej sprawna, zwłaszcza przy zmianach środowiska. Na razie jednak układ działa zaskakująco dobrze i tłumaczy, jak M. ibericus mogły rozprzestrzenić się po basenie Morza Śródziemnego, także tam, gdzie dzikie M. structor nie występują. To przykład, że ewolucja nie podąża prostymi drogami – potrafi tworzyć zaskakujące alianse i hybrydy, które chwilowo okazują się niezwykle skuteczne.