Як таргани перетворилися на термітів

Терміти еволюціонували від звичайних тарганів, які почали харчуватися мертвою деревиною.

«Наше дослідження показує, як їхня ДНК змінювалася спочатку через спеціалізацію на низькоякісній їжі, а потім — у процесі становлення соціальними комахами», — пояснив професор Нейтан Ло з Університету Сіднея.

Для розкриття еволюційних змін науковці секвенували та порівняли високоякісні геноми тарганів, деревних тарганів (близький родич, що живе невеликими сім’ями) та кількох видів термітів із різним рівнем соціальної складності. Команда виявила несподіваний факт: геноми термітів і деревних тарганів менші та простіші, ніж у звичайних тарганів.

Менше генів — складніше суспільство

Найдивовижнішим відкриттям стало те, що терміти підвищили соціальну складність через спрощення генетичної структури. Багато генів, пов’язаних з метаболізмом, травленням та розмноженням, було втрачено, оскільки терміти ставали дедалі залежнішими від співпраці та обміну їжею в колонії.

«Несподіваний результат полягає в тому, що терміти збільшили соціальну складність через втрату генетичної складності», — зазначив професор Ло. Це суперечить поширеному припущенню, що складніші тваринні суспільства потребують складніших геномів.

Найвиразніші втрати стосувалися генів, відповідальних за побудову джгутика сперматозоїдів. На відміну від тарганів та більшості тварин, сперматозоїди термітів не мають хвостів і є нерухомими.

Моногамія як ключ до успіху

У більшості тварин, включно з тарганами, самки спарюються з кількома самцями. Це створює інтенсивну конкуренцію між сперматозоїдами, що потребує швидких рухів і довгих хвостів. Але коли предки термітів стали моногамними, конкуренція сперми зникла — і хвости стали непотрібними.

«Наші результати свідчать, що предки термітів були строго моногамними», — підкреслив професор Ло.

Після закріплення моногамії еволюційний тиск на підтримку генів рухливості сперми припинився.

За даними дослідження, опублікованого в Nature Communications, моногамія та висока спорідненість усередині колоній виявилися критично важливими для розвитку складних термітових суспільств. Це підтверджує теорію, що близька генетична спорідненість необхідна для еволюції складних соціальних систем.

Як колонії розподіляють працю

Дослідження також пояснило внутрішню організацію термітових суспільств. Експерименти показали, що доля молодого терміта — стати робітником чи майбутнім королем або королевою — значною мірою залежить від харчування в ранньому розвитку.

Личинки, які отримують багато їжі від старших побратимів, розвивають високий енергообмін і стають робітниками, що не розмножуються. Ті, хто отримує менше їжі, спочатку ростуть повільніше, але зберігають потенціал стати репродуктивними особинами.

«Ці петлі зворотного зв’язку через обмін їжею дозволяють колоніям точно налаштовувати робочу силу», — пояснив професор Ло. Вони допомагають зрозуміти, як терміти підтримують стабільні та надзвичайно ефективні суспільства протягом тривалого часу.

Коли термітовий король або королева помирає, моногамія не припиняється. Натомість роль зазвичай займає один із їхніх нащадків, що призводить до поширеного інбридингу всередині колоній.

«З еволюційної точки зору це ще більше посилює спорідненість», — додав професор Ло.

Чому це важливо знати

Відкриття змінює розуміння того, як еволюція створює складність. Терміти доводять, що іноді шлях до складних систем лежить не через набуття нових можливостей, а через відмову від старих. Це дослідження також вирішує давню наукову суперечку про роль моногамії в розвитку соціальних комах — виявляється, вона справді була критично важливою для термітів.

Розуміння цих механізмів може допомогти краще зрозуміти еволюцію соціальної поведінки в інших видів, включно з людьми. Терміти, які з’явилися понад 130 мільйонів років тому, стали одними з найуспішніших організмів на Землі завдяки радикальним генетичним спрощенням та незмінній вірності партнерам.