איבר "חסר תועלת" זה קובע אילו נמלים גדלות בקרב חיילים גדולים

מושבות נמלים פיתחו כמה תכונות קולקטיביות מפתיעות במשך 150 מיליון השנים בערך, כך שהן זחלו את כדור הארץ. נמלי-אש קשורות זו לזו לייצור רפסודות יעילות להפליא, למשל, ונראה כי נמלים צבאיות בונות אינסטינקטיבית גשרי נמלים יעילים להפליא לאיסוף מזון.

נראה כי לחרקים אלה יש יכולת לשלוט על אוכלוסיותיהם, תוך שמירה על יחס קבוע של חיילים לעובדים. איך התגלו מערכות קסטה כאלה נגד נמלים זה משהו תעלומה עבור אנטומולוגים, אך מחקר שפורסם ב"טבע " מגלה כי בין אם נמלה צומחת לחייל או עובד היא קשורה לאיבר שנחשב זמן רב חסר תועלת - דיסקי כנף.

"מערכות הקסטות הללו הן אחת התופעות הבלתי מוסברות העיקריות של אבולוציה פנוטיפית", אומר סקוט פאוול, ביולוג נגד נמלים מאוניברסיטת ג'ורג 'וושינגטון בוושינגטון הבירה. "מחקר זה באמת מזהה את מרכז הבקרה הבסיסי העיקרי שמייצר את הקסטות הללו."

דיסקי הכנף, כיסי תאים זעירים, מיועדים להפוך לכנפיים על מלכה, אך הם גדלים בזחלים ואז מתים במהלך המטמורפוזה כדי לייצר חיילים נטולי כנפיים. המחקר מראה כי דיסקי הכנף הבסיסית אינם בסופו של דבר כל כך אדירים אלא משפיעים על התפתחות זחלי הנמלים.

"הנקודה החשובה באמת בעבודה זו היא כי איברים אדריכליים ומבנים ביתית, אשר הוארו זמן רב כי אין להם שום תפקיד, עשויים למעשה לתפקידי איתות מרכזיים במהלך ההתפתחות, " אומר הביולוג ההתפתחותי האבולוציה, אוניברסיטת מקגיל, הסופר הבכיר של מחקר חדש. (הצהרת אחריות: דיברתי עם אבוחיף על מחקריו לפני הפרסום והוא כלל אותי בהודעות העיתון.)

זחלי חיילים מתפתחים מייצרים דיסקי כנף גדולים ומגוונים, ואילו זחלי העובדים אינם. בעבר נחשבו פשוט למות בזמן מטמורפוזה, לדיסקיות הכנף יש ככל הנראה השפעה מסוימת על הצמיחה של חלקי גוף אחרים.

"[דיסקיות הכנף] אכן נהדרות די גדולות - זה די מפתיע", אומרת דיאנה ווילר, ביולוגית נמלים מאוניברסיטת אריזונה שלמדה את קביעת קאסות הנמלים מאז שנות השמונים. "כנראה שזה לא משהו שהאבולוציה פשוט שכחה להיפטר ממנו. נראה שמשמשים אותו למשהו. "

לתפקודם לכאורה של דיסקיות הכנף של זחלי הנמלה יש השלכות משמעותיות על ההיסטוריה האבולוציונית של החרק. נמלים קדומות ייצרו מושבות עם מלכה מכונפת וארון פועלים נטול כנפיים, ובהמשך, במספר שושלות עצמאיות, התגבש מערך הפועלים עוד יותר לתשומות משנה. ב- Pheidole, מין בהיפר-diverses הכולל יותר מ -1, 000 מינים של נמלים, מחולק קופת העובדים לעובדים וחיילים קטינים. לחיילים יש ראשים גדולים באופן לא פרופורציונאלי המשמשים אותם לצורך הגנה ועיבוד זרעים, בעוד שעובדים קטינים מהווים 90 עד 95 אחוז מהמושבה ומבצעים משימות כמו גידול גידולים וגידול גידולים.

מחקריו של ווילר משנות השמונים הראו כי נמלים של פדהול יכולות לווסת את חלקם של העובדים והחיילים הקטינים במושבה. אחת הדרכים שהרגולציה הזו עובדת היא באמצעות פרומון מעכב - פחמימן עורית - שנעשה על ידי החיילים המדכא את התפתחות החיילים בזחלים אם חיילים חורגים מכחמישה אחוזים מאוכלוסיית המושבה.

כדי לחקור את מערכת היחסים בין דיסקיות הכנף לבין קסטת המשנה של החייל, אבוהיף וצוותו הפילו גן שנקרא vestigial, מה שגורם לתאי דיסק הכנפיים למות בשלב מוקדם מאוד של התפתחות. הפילה של בית השחי בזחלים המיועדים לחיילים צמצמה את גודל הראש וגודל גופם של בעלי החיים, והניבה עובדים קטינים, ואילו הפילה של בית השחי אצל עובדים קטינים לא הניבה השפעה.

לאחר מכן הצוות גידל זחלים המיועדים לחיילים עם אוכלוסיות בוגרות של 100 אחוז עובדים קטינים או עם 100 אחוז חיילים. עם 100 אחוז עובדים קטינים במושבה, הזחלים ייצרו חיילים. אבל עם 100 אחוז חיילים, שהפטירו את הפרומון הפחמימני הזרועי, גודל דיסק הכנף הבסיסי של הזחלים הצטמצם משמעותית ויצר נמלים בוגרות עם ראשים וגופים קטנים יותר.

כמובן שהעובדה שאברים משפיעים על התפתחות איברים אחרים בגוף אינה חדשה. ניסויים קודמים אצל חרקים הוכיחו כי כנפיים מתפתחות למשל מתחרות על חומרים מזינים וגורמי צמיחה. פגיעה באגף מתפתח יכולה להפיק אותות שמעכבים את ההתפתחות בכל הגוף, ומאפשרת לדיסק להתאושש כך הצמיחה יכולה להתקדם בצורה מתואמת כראוי.

מה שמדהים כאן, לטענת הסופר הראשון רג'נדראן רג'קומאר, הוא שבמקום להיות בתחרות, האגף הבסיסי למעשה מקדם את צמיחת הראש בתת-הקרקע של החייל. "זה אפילו יותר מפתיע בהתבסס על העובדה שהרקמה הזו לא נוצרת בפועל אצל המבוגרים. זה מבשלים, כך שבאמת לא ציפינו למצוא את סוג התוצאות שעשינו כשהטרינו את זה, "אומר רג'קומאר, שעבד במעבדה של אבוהיף במקגיל וכעת חוקר בהרווארד.

הנמלים עומדות בניגוד לחרקים חברתיים אחרים כמו דבורים וצרעות, שלא התפתחו פולימורפיזם של עובדים. דבורי המלכה והפועלים לכולן יש כנפיים, "אם אתה מכין אגף שחייב לעוף, אתה לא יכול ממש לשחק עם הצמיחה שלו מאוד, כך שהצמיחה של אותם דיסקים מאוד מוגבלת", מסביר אבוהיף. זה עשוי להסביר מדוע דבורי עובדים, שלא כמו נמלים, מעולם לא התבדלו בצורה אבולוציונית יותר לתת-תת-ערים.

אין הרבה דוגמאות ידועות לאיברים אדירים או ביתית המניעה את החדשנות האבולוציונית. מלבד דיסקי הכנף, אפשרות מסקרנת נוספת היא שחלה של עובד דבורת דבש הזחל, שהיא גדולה כמו זו של מלכה בשלבי התפתחות מוקדמים. לא ברור מדוע עובדי דבורי הדבש הזקוקים זקוקים לשחלות, מכיוון שהם לעולם לא ישתלבו, אומרת מרי ג'יין ווסט-אברהרד, ביולוגית התפתחותית אבולוציונית במכון המחקר הטרופי סמיתסוניאן.

"אז השאלה תהיה: האם חשוב להתפתחות עובדת תקינה שהשחלה קיימת בזחל המוקדם?" היא שואלת. רק חקירה עתידית תגלה.

"אני מקווה שהעבודה הזו תביא אנשים לבחון את מה שהם חושבים על איברי בית על דרך אחרת, ושהם ינסו לחקור מה הדברים האלה עושים בפועל, במקום פשוט לבטל אותם כסתם דבר שנשאר", אומר אבוהיף. "אני חושב שלמעשה הם משחקים תפקידים גדולים בהרבה ממה שחשבנו בעבר."