Каким бывает социальный паразитизм у муравьев?
Стратегия паразитизма возникла у муравьев миллионы лет назад.
Уж кого-кого, а муравьев назвать паразитами сложно – не они ли считаются образчиком трудолюбия? Однако если присмотреться к маленьким работникам поближе, можно увидеть некоторые любопытные детали.
На сегодняшний день науке известно более 14 000 видов муравьев. И более 400 из них практикуют социальный паразитизм – то есть живут либо за счет другого вида, либо за счет своих сородичей. На вопрос, откуда произошло это явление, не был готов ответить даже Чарльз Дарвин, однако благодаря современным генетическим исследованиям ученые приблизились к пониманию происхождения социального паразитизма. Реконструируя эволюционную историю муравьев Formica, исследователи попытались отследить рост социальной эксплуатации в жизни этих насекомых.
Муравьи Formica – идеальные кандидаты для подобных исследований, поскольку представляют собой «образцовый» вид социальных паразитов. Примерно половина всех известных видов этого рода использует именно эту стратегию выживания. Теперь их генетическая хронология помогла проследить историю этих муравьев до самых истоков.
«Это похоже на собирание мозаики. Вы кладете один фрагмент сюда, другой – туда, а затем случается новое наблюдение, которое добавляет еще один фрагмент. Но как только вы добавите к этому эволюционный временной контекст, внезапно вы сможете увидеть всю картину целиком. Это очень здорово», – Кристиан Рабелинг, ведущий автор исследования.
Для своей работы ученые собрали образцы ДНК 101 вида Formica по всему миру и тщательно откалибровали эти данные по эволюционной шкале. Они показали, что эта супергруппа была одной из самых успешных в истории животного мира. Муравьи Formica впервые появились в Старом Свете около 30 миллионов лет назад и несколько раз расселялись по Новому Свету и обратно по Старому по мере того, как появлялись и исчезали сухопутные мосты-перешейки.
Исследователи обнаружили, что род Formica последний раз имел общего предка со своей сестринской группой Iberoformica около 33 миллионов лет назад и, вероятно, возник в Евразии в эпоху олигоцена после длительного периода глобального похолодания.
Центром муравьиной жизни является колония. Под возвышающимся холмом типичного муравейника ветвится сложная сеть тоннелей, которая может простираться на несколько метров под землю. Кроме того, муравьи хорошо адаптируются к любым условиям жизни. Они могут обитать на деревьях, под валунами или целиком под землей, без возведения муравейника.
Типичная колония состоит из одной или нескольких яйцекладок, множества бесплодных самок (рабочих, солдат) и, часто в зависимости от сезона, множества крылатых половых самцов и самок. Колонии могут быть разными по размеру, от небольших до настоящих мегаполисов. Например, у вида Formica fusca обнаружены колонии всего с 500 рабочими муравьями, в то время как у вида Formica yessensis размер колоний составляет до 300 миллионов рабочих особей.
Паразиты наделяют муравьев долголетием, но в этом нет ничего хорошего
Муравьи проявляют самое разное социальное поведение: некоторые из них мирно живут в колониях, сотрудничают в поисках пищи, заботятся о своих детенышах и защищают гнездо от соперничающих видов. Но другие совершают набеги на гнезда, зомбируют других рабочих муравьев и навязывают кастовую систему в пользу своей доминирующей королевы.
Существует три основных вида социального паразитизма у муравьев: временный, рабовладельческий и постоянный. Все три этих типа поведения встречаются у муравьев рода Formica.
Когда ученые аннотировали все эволюционные данные для каждого вида Formica в гигантской таблице и выровняли график ДНК, показывающий, когда виды впервые разделились и образовали новые эволюционные ветви, стала видна важная закономерность: все три основных класса паразитов эволюционировали в разные, но четко различающиеся моменты времени.
Исследователи показали, что временный социальный паразитизм впервые возник около 18 миллионов лет назад. Первым ключевым шагом в этом процессе стало то, что королевы каким-то образом теряли способность образовывать колонии самостоятельно. После этого они вторгались в чужое гнездо и убивали местную королеву. В отсутствии матки-хозяина, откладывающей яйца, рабочие силы гнезда постепенно заменяются до тех пор, пока вся колония не становится населенной временными социальными паразитами.
«Интересно, что эволюционный откат от социального паразитизма к методике основания независимой колонии не был восстановлен, что позволяет предположить, что переход к социально паразитическому образу жизни необратим», – Кристиан Рабелинг.
После этого главного события более поздние ветви (или клады) социально паразитических видов вторично перешли к другим паразитическим жизненным стратегиям: рабовладельческому и постоянному.
Во втором примере королевы рабовладельческих социальных паразитов начинают свой жизненный цикл как временные социальные паразиты, и, как только вырастет достаточное количество паразитических рабочих, они проводят хорошо организованные набеги на близлежащие гнезда хозяев, чтобы захватить выводок. Некоторых поедают, но большинство рабочих вылупляются в гнезде паразита и вносят свой вклад в рабочую силу колонии. Рабелинг поясняет, что захваченные рабочие даже не подозревают, что находятся в гнезде другого вида.
Исследователи обнаружили, что такое поведение возникло однажды примерно 14 миллионов лет назад, то есть намного позже, чем стратегия временного социального паразитизма.
На этом снимке (A) члены группы F. fusca, практикующие создание независимой колонии; (B) F. obscuripes, представляющая интегральную группу Formica, которая практикует основание зависимых и временных социальных паразитических колоний; (C) Formica gynocrates, представляющий факультативно дулотический вид группы F. sanguinea, с рабочим видом хозяина группы neogagates, Formica vinculans; (D) сильно модифицированный рабочий Polyergus mexicanus, представляющий облигатно дулотных муравьев из родов Polyergus и Rossomyrmex.
Третий и последний класс социального паразитизма является постоянным и чрезвычайно редким: он был подтвержден только у двух видов. Ученые обнаружили, что F. reflexa и нерабочие муравьи F. talbotae эволюционировали независимо от временных социальных паразитических предков.
Постоянный социальный паразитизм – это особенно странное поведение, потому что и вторгшаяся королева муравьев-паразитов, и королева-хозяин живут вместе, никогда не беспокоя друг друга. Королева-хозяин продолжает создавать свою социальную сеть рабочих, как в то время как королева-паразит фокусируется на воспроизводстве.
Согласно хронологии Formica, постоянные социальные паразиты, такие как F. talbotae, отделились от временных социальных паразитов примерно 12 миллионов лет назад. Другими словами, это самый поздний класс социальных паразитов.