در کلونی مورچه ها رابطه مستقیمی بین اندازه و طبقه اجتماعی وجود دارد.
به گزارش جماران به نقل از مجله علمی: یک مطالعه علمی اخیر، مکانیسمهای پیچیده بیولوژیکی را شناسایی کرده است که نقشهای اجتماعی مختلف و انواع بدن را در کلونیهای مورچه تعیین میکنند.
این مطالعه که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است، به این نتیجه رسیده است که بین اندازه نهایی که یک مورچه در طول رشد خود به آن میرسد و طبقه اجتماعی خاص آن، چه ملکه و چه کارگر، رابطه مستقیم و تعیینکنندهای وجود دارد.
این مطالعه تأیید کرد که ساختار ژنتیکی مورچه نقش محوری در شکلدهی به این مسیر دارد، نه تنها با تأثیرگذاری بر اندازه آن، بلکه با تعیین آستانه ژنتیکی که آن را قادر میسازد به اندازه خاصی برسد که آن را واجد شرایط ملکه شدن میکند. همچنین روشن کرد که چگونه ژنها و رشد با هم ترکیب میشوند تا نقشهای تخصصی هر فرد را در سیستم کلونی پیچیده شکل دهند. ملکهها بزرگ میشوند، بال درمیآورند و تخم میگذارند، در حالی که کارگران کوچک، بدون بال باقی میمانند و کارهای سنگین را انجام میدهند.
اما چگونگی توسعه این لایهها و چگونگی تعیین آینده یک مورچه جوان توسط ژنتیک و محیط، هنوز مشخص نیست.
اندازه و طبقه اجتماعی
مطالعه جدید گزارش میدهد که اندازه بدن و طبقه اجتماعی دست در دست هم دارند: مورچههای بزرگتر ملکه میشوند، در حالی که مورچههای کوچکتر کارگر میشوند. هم ژنها و هم محیط بر میزان رشد مورچه تأثیر میگذارند.
این یافتهها همچنین نشان میدهد که عوامل ژنتیکی به تنهایی شرایط لازم برای تبدیل شدن یک مورچه به ملکه را تعیین میکنند. در میان کلونیهای مختلف، مورچههای یکسان ژنتیکی با اندازه یکسان که در یک محیط بزرگ شدهاند، میتوانند از نظر ظاهر و ویژگیهای فیزیکی متمایزی که یک ارگانیسم معین بر اساس طبقه اجتماعی یا عملکردی که در جامعه خود به آن تعلق دارد، نشان میدهند، متفاوت باشند.
این یافتهها نشان میدهد که ژنها فقط بر اندازه تأثیر نمیگذارند؛ آنها همچنین معنای یک اندازه معین را برای یک کلونی تغییر میدهند. دو مورچه نسبتاً کوچک میتوانند احتمال بسیار متفاوتی برای ملکه شدن داشته باشند.
دانیل کروناور، نویسنده اصلی و محقق دانشگاه راکفلر، گفت: "یکی از اهداف ما درک نحوه عملکرد جوامع حشرات است." «مطالعه چگونگی تمایز افراد در یک کلونی میتواند درک ما را از انواع سیستمهای طبقاتی - از ملکه گرفته تا کارگر و سرباز - که میتوانند در هزاران گونه مورچه موجود تکامل یابند، غنیتر کند.»
در دنیای مورچهها، ملکه فقط یک مورچه کارگر بزرگ نیست. ملکهها علاوه بر اندازه بزرگتر بدنشان، معمولاً بال درمیآورند، سیستمهای بینایی پیچیدهتری ایجاد میکنند و تخمدانهای بزرگی برای تخمگذاری دارند، در حالی که کارگران بدون بال، کوچک باقی میمانند و معمولاً از تولید مثل خودداری میکنند.
این تفاوت قابل توجه بین افراد از نظر ژنتیکی یکسان، نمونهای کلاسیک از «انعطافپذیری رشدی» است، یعنی توانایی یک ارگانیسم برای تغییر رشد یا فنوتیپ خود در پاسخ به تغییرات محیط، با وجود داشتن ژنوتیپ یکسان.
بنابراین، مورچههای ماده مدلی عالی برای مطالعه چگونگی تولید فنوتیپهای بسیار متفاوت توسط یک ژنوتیپ واحد هستند.
برخی از دانشمندان گمان میکردند که اندازه بدن میتواند از این سوال که آیا یک مورچه ملکه میشود یا خیر، جدا شود و این نظریه منطقی بود. در مگسهای میوه و همچنین در سایر حشرات، صفات فیزیکی عموماً تا حدودی توسط عوامل محیطی، مستقل از اندازه بدن، تنظیم میشوند. اما آخرین مطالعه نشان داد که مورچهها، برخلاف سایر حشرات، به طور مداوم ویژگیهای طبقاتی خود را مطابق با اندازه بدن حفظ میکنند.
شبیهسازی مورچههای مهاجم
تیم تحقیقاتی به گونهای از مورچه مهاجم شبیهساز روی آوردند، گونهای عجیب که در کلونیهای کوچک و بدون ملکه زندگی میکند. همه اعضا ماده هستند که به صورت کلونی تولید مثل میکنند، به این معنی که نیازی به جفتگیری یا حضور نرها ندارند.
این بدان معناست که هر مورچه یک کپی ژنتیکی یکسان از خود تولید میکند و در نتیجه کل کلونی از نظر ژنتیکی یکسان است.
این مورچه رفتار جمعی چرخهای قابل توجهی را نشان میدهد. کلونی دو چرخه منظم را طی میکند: چرخه اول برای تولید مثل و تخمگذاری است و چرخه دوم به عنوان حمله شناخته میشود، جایی که مورچهها برای بازیابی غذا و تغذیه فرزندان خود، حملات جمعی به لانههای سایر حشرات، به ویژه لارو مورچهها، انجام میدهند.
این گونه مورد توجه محققان قرار گرفته است زیرا مدلی منحصر به فرد برای مطالعه رفتار اجتماعی در حشرات بدون ملکه یا تنوع ژنتیکی ارائه میدهد. این امر به دانشمندان اجازه میدهد تا تأثیر عوامل محیطی و هورمونی را به تنهایی بر تعیین نقش افراد در کلونی، به دور از تأثیر ژنهای مختلف معمول در سایر گونههای مورچه، بررسی کنند.
پاتریک پیکارسکی، یکی از نویسندگان این مقاله، گفت که این گونه به دلیل تولید مثل کلونی و چرخه زندگی هماهنگ آن، که امکان کنترل دقیق متغیرهای ژنتیکی و محیطی را فراهم میکند، مدل خوبی برای مطالعه است.
اگرچه مورچههای مهاجم کلونشده فاقد ملکههای سنتی هستند، اما افرادی که به عنوان طبقات میانی شناخته میشوند، از نظر رشدی با ملکهها یکسان هستند؛ آنها بزرگتر میشوند، تخمدانهای بزرگتری ایجاد میکنند، چشمان قوی دارند و بالهای سادهای دارند.
کروناور گفت: "با مورچههای مهاجم کلونشده، میتوانیم معادل یک مطالعه بزرگ دوقلوهای یکسان را برای تعیین چگونگی تأثیر محیط بر فنوتیپ بالغ انجام دهیم."
برای انجام این مطالعه، محققان با تثبیت ژنوتیپ لاروها و دستکاری محیط پرورش شروع کردند. کارهای قبلی نشان داده است که دسترسی به غذا، دما و ژنوتیپ مورچههایی که مسئول مراقبت از لاروها هستند، همگی میتوانند بر توسعه طبقات تأثیر بگذارند. آنها دریافتند که هر یک از این عوامل بر نتیجه تأثیر میگذارند، اما تنها زمانی که اندازه نهایی لارو مورچه را نیز تغییر دهند.
محققان رابطه بسیار قوی و مستقیمی بین اندازه لارو - مورچه در مرحله اولیه رشد خود - و طبقه اجتماعی که به عنوان یک مورچه بالغ به آن تعلق خواهد داشت، پیدا کردند: چه ملکه باشد چه کارگر.
مورچهای که در طول رشد خود به اندازه خاصی برسد، تقریباً مطمئناً به ملکه تبدیل میشود، در حالی که مورچهای که از اندازه خاصی تجاوز نکند، به کارگر تبدیل میشود.
ژنوتیپها
محققان گفتند که اندازه به یک شاخص بسیار قابل اعتماد یا "پیشبینیکننده" نقش آینده یک مورچه در کلونی تبدیل شده است. هرچه لارو بزرگتر باشد، احتمال تبدیل شدن آن به ملکه با ویژگیهای مورفولوژیکی و عملکردی متمایز، مانند بالها و تخمدانهای بزرگ، بیشتر است. عکس این موضوع در مورد لاروهای کوچکتر که به کارگران تبدیل میشوند، صادق است.
این همبستگی قوی نشان میدهد که عوامل محیطی مؤثر بر اندازه لاروها، نقش مهمی در هدایت مسیر رشد آنها به سمت یک طبقه خاص دارند و این تأثیر بر اندازه، کلید تعیین طبقه است، نه هر عامل محیطی دیگری که به طور مستقل بر ویژگیهای طبقه تأثیر میگذارد، بدون اینکه بر اندازه تأثیر بگذارد.
سپس این تیم ژنوتیپهای مختلف لاروهای پرورش یافته در شرایط محیطی مشابه را مقایسه کرد تا مشخص کند که آیا تفاوتهای ژنتیکی میتوانند رابطه اساسی بین اندازه بدن و ویژگیهای طبقه را تغییر دهند یا خیر. آنها دریافتند که در حالی که ژنها میتوانند بر اندازه تأثیر بگذارند، ژنها همچنین میتوانند اندازهای را که در آن ویژگیهای ملکه مانند شروع به ظاهر شدن میکنند، تغییر دهند.
برای مثال، مورچههای یک دودمان ژنتیکی خاص - که در این مطالعه با عنوان "M" از آن یاد میشود - به طور متوسط به طور مداوم نسبت به مورچههای دودمان دیگر - که با عنوان "A" از آن یاد میشود - حتی زمانی که در شرایط محیطی یکسان پرورش مییابند، به طور متوسط به اندازه بدن کوچکتری رشد میکردند. با این حال، برای هر اندازه بدن مشخص، مورچههای دودمان M همچنان احتمال بیشتری برای ایجاد صفات ملکه مانند داشتند.
محققان گفتند که این مطالعه نشان میدهد که دو مورچه جوان، یکی از دودمان M و دیگری از دودمان A، صرف نظر از محیط پرورش، میتوانند احتمال بسیار متفاوتی برای ملکه شدن داشته باشند.
این نشان میدهد که تنوع ژنتیکی میتواند از دو طریق بر مورفولوژی کاست تأثیر بگذارد: با تأثیرگذاری بر میزان رشد مورچهها و با تغییر اندازهای که در آن صفات ملکه مانند بیان میشوند.
پکارسکی این کشف را "نمایشی جالب از اینکه برخی از ژنوتیپها در اندازههای بدنی کوچکتر، بیشتر شبیه ملکه میشوند" نامید.
وی افزود که نتیجهگیری اصلی این مطالعه این است که "اگر یک عامل محیطی بر کاست تأثیر بگذارد، بر اندازه نیز تأثیر خواهد گذاشت و یکی بدون دیگری قابل تغییر نیست."
یک مطالعه قبلی توسط همین تیم تحقیقاتی که در مجله Science منتشر شده بود، وجود یک ژن منحصر به فرد به نام ILP2 را نشان داد که مسئول ترشح هورمونی است که به ملکه باروری استثنایی و توانایی تخم گذاری مداوم در طول زندگیاش را میدهد، در حالی که سایر مورچهها فقط یک بار تولید مثل میکنند. این امر آنها را به کارگرانی تبدیل میکند که زندگی خود را وقف خدمت به ملکه و مراقبت از فرزندان او میکنند.
پیامدهای این مطالعه فراتر از تعیین طبقه اجتماعی است. در واقع، کلونیهای مورچهها نمونهای از سیستمهای بیولوژیکی پیچیده هستند که در آنها افراد از نظر ژنتیکی یکسان، نقشهای بسیار متفاوتی را بر عهده میگیرند، درست مانند سلولهای یک بافت. دانشمندان با استفاده از مورچهها به عنوان مدل، مطالعه زیستشناسی رشد را به رفتار و سازماندهی اجتماعی پیوند میدهند.
کروناور گفت که مغز ملکهها و کارگران بسیار متفاوت است و این با تفاوتهای چشمگیر در رفتار مرتبط است. کارگران لانه را برای جستجوی غذا، مراقبت از لاروها و ساخت و گسترش لانه ترک میکنند. در حالی که ملکه عمدتاً فقط جفتگیری و تخمگذاری میکند، «بنابراین درک چگونگی ارتباط اندازه بدن با طبقه اجتماعی فقط موضوع مورفولوژی نیست. این موضوع دریچهای به درک چگونگی تکامل و تکامل همزمان نقشهای اجتماعی، عملکرد مغز و پویایی کلونی میگشاید.»
