Это исследование было опубликовано в научном журнале Nature Ecology and Evolution.Несмотря на их сходство, термиты и муравьи не имеют близкого родства. В то время как термиты впервые появились из группы тараканов около 150 миллионов лет назад, муравьи и другие эусоциальные перепончатокрылые, включая пчел, появились только 50 миллионов лет спустя на очень далекой ветви генеалогического древа насекомых. Обе группы определены как эусоциальные, поскольку несколько поколений сосуществуют в одной колонии, с совместным уходом за выводком и репродуктивным разделением труда, что означает, что только избранные особи в пределах колонии воспроизводят, например, королеву и король термитов.
Исследователи показали, что у термитов есть отличительные генетические особенности в областях генома, которые кодируют хеморецепторы — белки, участвующие в химической коммуникации. «Коммуникация необходима для всех биологических взаимодействий, особенно для социальных организмов. В то время как люди в основном общаются с помощью речи, насекомые в основном используют химические вещества», — говорит Джудит Корб. Например, химическая коммуникация через феромоны позволяет членам сообществ насекомых распознавать своих товарищей по гнезду и различать касты. «По сравнению с тараканами, которые являются близкородственными, вовлеченные семейства белков значительно сокращены, но в то же время значительно различаются по своим функциям, что указывает на их важность», — отмечает Эрих Борнберг-Бауэр.На первый взгляд, эти результаты удивительно похожи на результаты предыдущих исследований эволюции эусоциальности у пчел и муравьев.
Однако дальнейший анализ, проведенный исследователями, показал, что у термитов родственное, но явно отличное от муравьев и пчел семейство хеморецепторов специализируется на распознавании феромонов с помощью антенн. «Таким образом, это классический случай конвергентной эволюции: обе группы развили сходные молекулярные механизмы эусоциального образа жизни под одинаковым давлением отбора», — говорит эксперт по геномике доктор Марк Харрисон. Ученые нашли доказательства дальнейшей конвергенции, в том числе гены, которые играют роль в синтезе углеводородов в кутикуле, твердой оболочке насекомых.
Однако, в отличие от рецепторов, сигналы принадлежат к тому же классу веществ, что и у муравьев.Исследователи обнаружили, что одной из наиболее важных причин геномных изменений, связанных с этими молекулярными адаптациями, были «транспозоны», участки ДНК, которые обладают способностью дублировать и изменять положение в геноме.
Этот класс генов составляет значительную часть генома тараканов и термитов. Они связаны с семействами белков, которые играют ключевую роль в химической коммуникации. «Мы смогли сделать вывод, что задолго до эволюции термитов один конкретный класс транспозонов привел к расширению семейств генов, участвующих в коммуникации», — добавила доктор Эвелин Джонгпьер.В этом исследовании приняли участие ученые из одиннадцати исследовательских институтов из шести стран, в том числе исследователи из Университета Фрайбурга, Университета Помпеу Фабра в Барселоне, Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, Университета штата Северная Каролина и ученых из Медицинского колледжа Бейлора.
Центр секвенирования генома человека в Хьюстоне в рамках проекта i5k. Ученые финансировались за счет грантов Deutsche Forschungsgemeinschaft.