Королевы иберийских муравьев-жнецов способны не только производить потомство своего вида, но и с помощью клонирования создавать самцов другого вида. После появления таких «чужаков» именно они становятся отцами всех рабочих особей в колонии. Этот необычный механизм размножения и выживания муравьиных колоний долгое время оставался загадкой для ученых, но теперь его удалось раскрыть.

Необычное открытие на Сицилии

Во время экспедиции на Сицилию команда биологов под руководством Джонатана Ромигье из Университета Монпелье (Франция) изучала иберийских муравьев-жнецов (Messor ibericus) и обнаружила удивительную особенность: все рабочие муравьи в колониях — стерильные самки, живущие от нескольких недель до нескольких лет — оказались гибридами. Примерно половина их ДНК совпадала с ДНК степного муравья-жнеца (Messor structor), то есть другого вида.

Ученые предположили, что рабочие самки появляются в результате спаривания королевы Messor ibericus с самцами Messor structor. Межвидовое скрещивание известно и у других видов муравьев, но причины этого явления до сих пор неясны. Существуют две основные гипотезы: первая — эффект гетерозиса, когда гибридное потомство оказывается более жизнеспособным; вторая — уникальная генетическая проблема у Messor ibericus, при которой спаривание с самцами своего вида приводит только к появлению новых королев, а рабочие не рождаются, что ставит колонию под угрозу вымирания. Межвидовое скрещивание может быть эволюционным механизмом, позволяющим обойти это препятствие.

Генетический парадокс и его разгадка

Однако колонии Messor ibericus встречаются и в регионах, где Messor structor не обитает, например, на той же Сицилии. Тем не менее, в гнездах исследователи находили странных самцов без волосков на теле, похожих на Messor structor. Как такое возможно?

Генетический анализ митохондриальной ДНК этих самцов показал, что она принадлежит виду Messor ibericus, то есть их матерью была королева этого вида. Чтобы проверить гипотезу, ученые собрали почти 50 колоний и два года наблюдали за ними в лаборатории. В результате удалось получить трех гибридных самцов, что подтвердило: королева Messor ibericus действительно способна производить самцов двух видов — своего и чужого.

Механизм клонирования

Как же происходит оплодотворение, если в колониях нет живых представителей другого вида? Единственное возможное объяснение — клонирование «чужаков» из спермы Messor structor, хранящейся в специализированном органе королевы — сперматеке.

Яйцо королевы содержит ее собственный генетический материал. Если яйцо не оплодотворено, из него развивается самец Messor ibericus; если оплодотворено — появляется самка (будущая королева). Самцы своего вида происходят исключительно из генов матери, а самки — с участием отца. Такой способ размножения называется гаплодиплоидным.

Если же в прошлом королева спаривалась с самцами обоих видов, в ее сперматеке сохраняются два типа спермы: «своя» (от Messor ibericus) и «чужая» (от Messor structor). Для создания самца Messor structor королева использует «чужую» сперму, но не для оплодотворения, а как генетический контейнер для клона. Происходит не оплодотворение, а замещение генетического материала яйца материалом сперматозоида. В результате получается клон самца Messor structor, а от королевы остается только митохондриальная ДНК.

Эволюционное значение и симбиоз

Такой механизм обеспечивает выживание колонии: королева производит два типа репродуктивных самцов. Ее дочери-матки спариваются с самцами своего вида, чтобы дать начало новым королевам, а для создания армии рабочих используют клонов Messor structor. Их сперма дает жизнеспособное гибридное потомство рабочих и новых клонов для будущих поколений.

В природе известны случаи, когда сперма самца одного вида «обманывает» яйцеклетку самки другого вида, заставляя ее производить чужеродное потомство, но такой паразитизм выгоден только самцу. У иберийских муравьев-жнецов все устроено иначе: здесь выгоден симбиоз. Королевы не могут обойтись без клонов-самцов для поддержания жизнеспособности колонии, а те, в свою очередь, нуждаются в королеве для воспроизводства себе подобных. К тому же, гибридные рабочие кормят и защищают всех членов колонии.

Важно отметить, что нет свидетельств того, что клоны Messor structor когда-либо спариваются с самками своего вида, то есть они не возвращаются к «родной» половой репродукции. Однако из-за отсутствия притока новых генов клоны накапливают опасные мутации, что делает их линию уязвимой в долгосрочной перспективе. Тем не менее, пока этот механизм работает: колонии Messor ibericus успешно распространяются по Средиземноморью, занимая даже те регионы, где Messor structor ранее не встречался.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.