Μια μέλισσα με δύο πατέρες και καμία μητέρα

Μια γυναίκα μελισσών με δύο πατέρες - και χωρίς μητέρα - έχει ανακαλυφθεί. η πρώτη του είδους της που παρατηρείται στη φύση

από GrrlScientist για το Forbes | @GrrlScientist

Μέλισσα γυναικών εργαζομένων (Apis mellifera). (Πίστωση: Cumnor Hill, Sharp Photography / CC BY-SA 3.0)

Μια ομάδα επιστημόνων ανακάλυψε μια θηλυκή μέλισσα που έχει δύο πατέρες - και καμία μητέρα - την πρώτη του είδους της που παρατηρείται στη φύση. Θηλυκές μέλισσες, μυρμήγκια και σφήκες (Hymenoptera) προκύπτουν από γονιμοποιημένα αυγά που έχουν ένα σύνολο χρωμοσωμάτων από κάθε γονέα, ενώ τα αρσενικά προκύπτουν από μη γονιμοποιημένα αυγά. Στις μέλισσες, οι γυναίκες - βασίλισσες και εργαζόμενοι - έχουν συνολικά 32 χρωμοσώματα, ενώ τα αρσενικά (κηφήνες) έχουν μόνο το ήμισυ περισσότερα.

«Εξ ορισμού σε όλα τα απλοδιποειδή (μέλισσες, μυρμήγκια και σφήκες) το αρσενικό είναι απλοειδές - δημιουργήθηκε από ένα μη γονιμοποιημένο ωάριο, που σημαίνει ότι έχει μόνο ένα σύνολο χρωμοσωμάτων από τη μητέρα του», δήλωσε η μοριακή βιολόγος, Sarah Aamidor, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και μεταπτυχιακός φοιτητής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ, μέσω email.

Το σύστημα προσδιορισμού φύλου απλοδιπλοειδών επιτρέπει την ανάπτυξη μιας αξιοσημείωτης ποικιλίας βιολογικών φαινομένων, όπως η κλωνοποίηση των γυναικών, η κλωνοποίηση των ανδρών και η γυναικομορφία. Ένα gynandromorph έχει αρσενικά και θηλυκά χαρακτηριστικά και ένα μείγμα ιστού και από τα δύο φύλα (ref). Τα γυναικομόμορφα διαφέρουν από τα ερμαφρόδιτα, τα οποία έχουν τόσο αρσενικά όσο και θηλυκά αναπαραγωγικά όργανα.

Στις μέλισσες, οι γυνανδρομορφές συνήθως αναπτύσσονται από το συνδυασμό διπλοειδούς ζυγώτη και απλοειδούς αρσενικού ιστού που προέρχεται από δεύτερο σπέρμα (ref & ref). Αυτό γίνεται εφικτό από το γεγονός ότι οι μέλισσες είναι πολυπερμικές, μια κατάσταση όπου περισσότερα από ένα σπερματοζωάρια εισέρχονται στο ωάριο και συντήκονται στην αρχική κυτταρική ομάδα. Αυτά τα κύτταρα αρχίζουν στη συνέχεια να διαιρούνται και να δημιουργούν ιστούς που γίνονται μέρος του αναπτυσσόμενου εμβρύου.

Αλλά τι προκαλεί μια μέλισσα gynandromorph; Αυτό ήταν ένα από τα ερωτήματα που παρακίνησαν την κα Aamidor και τους συναδέλφους της να πραγματοποιήσουν αυτήν τη μελέτη (ref) χρησιμοποιώντας μερικές «μη φυσιολογικές μέλισσες» που συλλέχθηκαν από έναν άλλο ερευνητή κατά τη διεξαγωγή μιας προηγούμενης μελέτης.

Ευρωπαϊκές μέλισσες (Apis mellifera) στην Αυστραλία. (Πίστωση: CSIRO / CC 3.0)

"Αυτές οι μέλισσες ήταν περίεργες επειδή είναι γυναικομόμορφα (μωσαϊκά σεξ): έχουν κομμάτια που μοιάζουν αρσενικά και κομμάτια που μοιάζουν θηλυκά", συν-συγγραφέας της μελέτης, Isobel Ronai, που ήταν απόφοιτος φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϋ εκείνη την εποχή, στο Twitter (νήμα). «Για παράδειγμα, τα αρσενικά μάτια μελισσών είναι πολύ μεγαλύτερα από τα γυναικεία μάτια και αυτό το γυναικρόμορφο έχει ένα αρσενικό μάτι σε ένα γυναικείο σώμα».

Τα αρσενικά μάτια μελισσών είναι πολύ μεγαλύτερα από τα θηλυκά μάτια και αυτό το gynandromorph έχει αρσενικό μάτι σε γυναικείο σώμα. (Πίστωση: Aamidor & Ronai, 2018, μέσω Twitter.)

Αν και τα γυναικομόμορφα μπορεί να προκύψουν από μια σπάνια γενετική μετάλλαξη, δεν είναι σαφές πώς και γιατί εμφανίζονται. Εξαρτάται από τη θερμοκρασία; Ένα αναπτυξιακό ατύχημα; Ή … ?

Για να εντοπίσει τι προκαλεί τα gynandromorphs στις μέλισσες και να κατανοήσει καλύτερα την ευελιξία της αναπαραγωγής μελισσών, η κυρία Aamidor και οι συνεργάτες της απομόνωσαν 11 πρόσφατα υποτιθέμενες μέλισσες gynandromorph από μία μόνο αποικία και εξέτασαν τη μορφολογία διαφόρων ιστών μέσα σε κάθε μέλισσα για να προσδιορίσουν το φύλο της.

«Η Σάρα και εγώ περάσαμε μερικές διασκεδαστικές μέρες μαζί τεμαχίζοντας αυτές τις παράξενες μέλισσες», έγραψε ο Δρ Ρονάι. «Η Σάρα θα αναλύσει αργότερα τους ιστούς με μια γενετική τεχνική χρησιμοποιώντας μικροδορυφόρους για να προσδιορίσει τη μητέρα και τον πατέρα (-ες) αυτών των μελισσών - η ίδια τεχνική χρησιμοποιείται για τις δοκιμές πατρότητας του ανθρώπου».

Η κα Aamidor και οι συνεργάτες της βρήκαν ένα «τυχαίο μείγμα» ανδρών και γυναικών οργάνων σε αυτές τις παράξενες μέλισσες. Ανακάλυψαν επίσης ότι πέντε από τα γυναικομόμορφα είχαν φυσιολογικές ωοθήκες.

«Επίσης, τρεις μέλισσες είχαν μεγάλες ωοθήκες σαν βασίλισσα και όχι ωοθήκες μικρών εργαζομένων», είπε ο Δρ Ronai.

Μόνο ένα gynadromorph είχε φυσιολογικά αρσενικά αναπαραγωγικά όργανα, ενώ δύο άλλα είχαν μερικώς αναπαραγωγικά όργανα.

«Η Σάρα και εγώ είχαμε τεμαχίσει όλες τις μέλισσες που φαινόταν πραγματικά περίεργες και της είπα ότι πρέπει να τεμαχίσουμε την τελευταία μέλισσα, μια φυσιολογική γυναίκα από την ίδια αποικία, ώστε να μπορούμε να συγκρίνουμε την ανατομία», είπε ο Δρ Ρονάι. "Μόλις τεμαχιστεί, η μέλισσα προστέθηκε στη γενετική ανάλυση της Σάρας ως μάρτυρας."

Η γενετική ανάλυση αποκάλυψε ότι εννέα από τα 11 γυναικομόμορφα είχαν δύο ή τρεις πατέρες. Εκπληκτικά, ένα gynandromorph - ο φαινομενικά φυσιολογικός έλεγχος των γυναικών - στην πραγματικότητα είχε δύο πατέρες και καμία μητέρα - ένα γεγονός που θα μπορούσε να είχε προκύψει μόνο από τη σύντηξη του σπέρματος.

«Η γενετική ανάλυση της Sarah για τα γυναικομόμορφα ανακάλυψε επίσης ότι μια μέλισσα είχε 4 γονείς (τρεις πατέρες και μια μητέρα)!» Ο Δρ Ronai έκανε tweet.

«Για να διευκρινιστεί, το διάγραμμα της Σάρα δείχνει μορφολογική και γενετική σύνθεση των 11 μελισσών. Θηλυκός ιστός (κόκκινος) & αρσενικός ιστός (μπλε). Οι γονάδες κάθε μέλισσας υποδεικνύονται από διαφορετικά χρωματισμένα σύννεφα. Κάθε πατέρας (14x) αντιπροσωπεύεται από ένα διαφορετικό χρωματιστό σπέρμα. Η μητέρα εμφανίστηκε με κορώνα », πρόσθεσε ο Δρ Ronai σε ένα άλλο tweet.

Περίληψη της καταγωγής των 11 περίεργων μελισσών. (Πίστωση: Sarah Aamidor, ευγενική προσφορά του Isobel Ronai μέσω Twitter.)

«Αυτή είναι η πρώτη αναφορά ενός φαινομένου μιας μέλισσας με δύο πατέρες και καμία μητέρα στα υμενόπτερα», κατέληξε η κα Aamidor.

«Η θηλυκή μέλισσα που είχε δύο πατέρες που δημιουργήθηκαν από τη σύντηξη δύο σπερματοζωαρίων είναι η πρώτη που αναφέρθηκε στα απλοδιποειδή και είναι ένα ενδιαφέρον φαινόμενο, δεδομένου ότι οι προσπάθειες σύντηξης δύο σπέρματος σε θηλαστικά δεν έχουν βρεθεί πιθανές», ανέφερε η κα Aamidor. σε email.

Αυτό το εύρημα υπογραμμίζει την ευελιξία για την αναπαραγωγή κοινωνικών εντόμων και πιθανώς νέες κοινωνικές δομές σε επίπεδο αποικιών.

«Δείχνουμε εδώ ότι τα άτομα αποτελούνται από τρεις και ακόμη και τέσσερις γονικές καταγωγές (μία μητέρα και 2-3 πατέρες) που εξακολουθούν να δημιουργούν μια ζωντανή μέλισσα», επεσήμανε η κα Aamidor σε email.

Αυτή η μελέτη αρχίζει να επεκτείνει την περιορισμένη κατανόησή μας για τους πραγματικά ασυνήθιστους τρόπους με τους οποίους τα σεξουαλικά ζώα μπορούν να συντήξουν τα γονιδιώματά τους.

Τα gynandromorphs παρέχουν κάποιο είδος εξελικτικού οφέλους στις μέλισσες;

«Δεν υπάρχει εξελικτικό πλεονέκτημα για τα γυναικομόμορφα», απάντησε η κα Aamidor. «Υποθέτουμε ότι τα γυναικομόμορφα είναι γενετικά λάθη». Σύμφωνα με την κα Aamidor, όταν ένας μεγάλος αριθμός gynandromorphs βρίσκεται σε μια κυψέλη, θεωρείται ότι η βασίλισσα φέρνει τη μετάλλαξη.

Μια άλλη ομάδα υμενοπτέρων, τα μυρμήγκια, μπορεί να αποφέρει ένα εξελικτικό όφελος από τα γυναικομόμορφα.

«Στα μυρμήγκια έχει προταθεί ότι οι γυναικομόμορφοι μπορεί να οδήγησαν στην εξέλιξη των διμορφικών ηθοποιών,» πρόσθεσε η κα Aamidor στο email. «Αλλά αυτό είναι απίθανο να συμβαίνει στις μέλισσες καθώς υπάρχει μόνο ένας τύπος εργαζομένου».

Γυνανδρομορφοί έχουν παρατηρηθεί και σε άλλα είδη, συμπεριλαμβανομένων άλλων εντόμων (έχω γράψει για τα γυναικομόμορφα πεταλούδων εδώ), ορισμένα καρκινοειδή και μερικά είδη πουλιών (έχω γράψει για τη γυναικομορφία σε πουλιά και άλλα ζώα εδώ, εδώ και εδώ) . Ωστόσο, σε καμία περίπτωση δεν έχει εντοπιστεί καμία γενετική μετάλλαξη που να προκαλεί την ανάπτυξη των γυναικομόμορφων.

«Πέρα από αυτά τα ήδη γνωστά παραδείγματα, είναι πιθανό να υπάρχουν εξίσου εξαιρετικά κοινωνικά συστήματα που δεν έχουν ακόμη ταυτοποιηθεί ούτε καν φανταστεί», έγραψαν η κα Aamidor και οι συνεργάτες της.

Πηγή:

Sarah E. Aamidor, Boris Yagound, Isobel Ronai και Benjamin P. Oldroyd (2018). Σεξ μωσαϊκά στη μέλισσα: πώς η απλοδιπλοειδία καθιστά δυνατή την εξέλιξη νέων μορφών αναπαραγωγής στα κοινωνικά υμνοπτερα, Biology Letters, που δημοσιεύθηκαν στο διαδίκτυο στις 28 Νοεμβρίου 2018 πριν από την εκτύπωση | doi: 10.1098 / rsbl.2018.0670

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Αυτό το κομμάτι επεξεργάστηκε στις 29 Νοεμβρίου 2018 για να συμπεριλάβει τα σχόλια και τις εικόνες του Isobel Ronai.

Αρχικά δημοσιεύθηκε στο Forbes στις 28 Νοεμβρίου 2018.