Prečo sa mravce rozmnožujú inak ako ľudia? [Michal Wiezik]

V záujme každého organizmu na našej planéte je preniesť svoj genetický materiál do ďalšej generácie a zabezpečiť tak kontinuitu svojich génov. Preto máme potomstvo a staráme sa oň, dokonca sa dokážeme v prospech potomstva obetovať. Zdá sa však, že robotnice mravcov na svoje potomstvo zanevreli a radšej venujú celú svoju životnú energiu starostlivosti o svoje sestry – potomstvo kráľovnej. Na prvý pohľad je to prejav osobnej obety v prospech dobra kolónie, avšak v skutočnosti ide o skryté genetické sebectvo mravčích robotníc.

Málokto si uvedomuje, že mravenisko je vlastne ženský štát. Väčšina mravcov, ktoré ste kedy videli, boli samice. Samozrejme mravce majú aj samce, tie sa však vyskytujú len periodicky a po oplodnení mladých kráľovien hynú. Naopak samice sú v mravenisku prítomné neustále, starajú sa o potomstvo, zháňajú potravu, obraňujú a budujú hniezdo, ale nerozmnožujú sa. Teda až na jednu alebo niekoľko kráľovien.

Myrmica rubra

Myrmica rubra

Myrmica rubra samec

Rôzne kasty druhu Myrmica rubra, zhora nadol: robotnica, kráľovná a okrídlený samec (zdroj www.antweb.org)

Pre pochopenie tohto špecifického spôsobu eusociálnej reprodukcie budeme musieť najskôr zadefinovať ako rozmnožovanie prebieha u „normálnych“ organizmov, vrátane človeka.

Rozmnožovanie, prenos genetickej informácie

Nositeľom genetickej informácie je DNA. Tá sa skladá z dvoch vzájomne prepojených a prepletených vlákien, ktoré sú zložené z nukleotidov. Poradie nukleotidov na vlákne DNA kóduje jednotlivé gény, ktoré sú zodpovedné za každý jeden znak organizmu. DNA sa nachádza z väčšej časti v jadre bunky, kde je súčasťou chromozómov. Každý chromozóm (počet chromozómov je závislý od druhu organizmu) sa nachádza v jadre 2 x, jeden pochádza od matky, druhý od otca. Rovnako gény, ktoré tieto chromozómy a v nich obsiahnutá DNA nesú, sa nachádzajú v jadre dvakrát ale v alternatívnej forme – alele. Dôležité je zapamätať si, že aj keď sa v organizme prejavuje len jedna alela génu, v skutočnosti je organizmus nositeľom obidvoch alel.

Pri normálnom delení bunky, ktoré je nevyhnutným predpokladom života, dochádza k zdvojeniu DNA v materskej bunke a následnému rovnomernému prenosu DNA do vznikajúcich dcérskych buniek. Z jednej bunky tak vzniknú dve, každá nesie rovnakú DNA a rovnaký počet chromozómov. Takéto bunky (s dvojitým počtom chromozómov) nazývame diploidné a tvoria stavebný základ tela organizmu.

Pohlavné bunky (gonády), podstata generatívneho rozmnožovania, vznikajú odlišným spôsobom. Nakoľko sú určené na splývanie s gonádami iného jedinca, musí v nich zákonite dôjsť k redukcii genetického materiálu. V opačnom prípade by v bunkách vzniknutých splynutím „diploidných gonád“ dochádzalo ku geometrickému namnoženiu DNA, praktické dôsledky čoho by boli katastrofálne.

V procese tvorby pohlavných buniek teda vznikajú z jednej diploidnej bunky dve (haploidné), z ktorých každá nesie len jednu sadu génov – polovičný počet chromozóm. Pri prenose chromozómov do gonád (vždy jeden z páru do každej gonády) dochádza k procesom, pri ktorých si jednotlivé chromozómy vymenia náhodné sekvencie. Dochádza teda k výmene jednotlivých alel génov (rekombinácia), ale aj nukleotidov v rámci génov (mutácia). Výsledkom tohto procesu je, že jednotlivé pohlavné bunky nenesú alely zhodné s pôvodnými chromozómami, ale došlo k náhodnému pomiešaniu sekvencií jednotlivých DNA a každá pohlavná bunka (či už spermia alebo vajíčko) vzniknutá týmto procesom je z genetického hľadiska jedinečná.

Príbuzenská podobnosť, rodina a starostlivosť

Aký vplyv to má na príbuznosť jednotlivých členov rodiny a geneticky podmienenú ochotu rodičov starať sa o svoje potomstvo? Príbuzenský vzťah rodič – dieťa je pomerne jednoducho vyjadriteľný. Nakoľko do pohlavných buniek dáva každý rodič presnú polovicu svojich génov, je príbuzenstvo rodiča k dieťaťu 50%.

Aká je ale príbuznosť súrodencov za predpokladu, že majú rovnakých rodičov? Pravdepodobnosť, že rovnaká alela génu sa prenesie z otca alebo matky do pohlavných buniek, z ktorých vzniknú súrodenci, je 50%. Táto pravdepodobnosť sa opakuje pri každom jednom géne. Ak by sme vylúčili náhodné mutácie génov, ktoré znižujú vzájomnú príbuznosť súrodencov, môže byť ich príbuznosť vyjadrená ako (50% spoločných alel génov otca + 50% spoločných alel génov matky)/ 2 (subjekty kríženia genómu), čo nám taktiež dáva celkovú príbuznosť 50%. Samozrejme ide iba o štatistický priemer, reálne číslo sa pohybuje od 0 do 100% v rámci zákonitostí normálneho rozdelenia hodnôt. Pre jednotlivca je teda prospešnejšie starať sa o svoje deti, nakoľko pri nich má istotu 50% príbuznosti, u súrodencov je 50% len približnou hodnotou. Aj tak je z pohľadu genetickej príbuznosti starostlivosť o súrodencov približne rovnako významná ako starostlivosť o vlastné deti. Príbuznosť s vnúčatmi, synovcami a neterami sa znižuje na 25% [(50 + 50)/ (2 + 2)]. A tak je postupne s každým ďalším krížením v rámci generácií stále menšia pravdepodobnosť výskytu vlastných alel génov. Paralelne s tým sa znižuje aj celková energia vydávaná jedincom na zabezpečenie kontinuity týchto génov.

Mravčia varianta

Ako som spomenul v úvode, u mravcov je to inak. Robotnice sú rovnako ako kráľovná plnohodnotné samice, schopné rozmnožovania. Napriek tomu, rozmnožuje sa iba kráľovná a robotnice sa starajú o jej potomstvo. V podstate sú všetky robotnice navzájom dcérami tej istej matky, a teda sú v sesterskom vzťahu. Ako je možné, že obetovali absolútnych 50% genetickej podobnosti so svojimi deťmi za priemerných 50% podobnosti so sestrami?

Myrmica rubra robotnica

Robotnica druhu Myrmica rubra pri starostlivosti o kuklu (foto: Martin Suvák)

Odpoveďou sú samce. Tie vznikajú, na rozdiel od robotníc, z neoplodnených vajíčok. Túto schopnosť majú druhy sociálneho blanokrídleho hmyzu, a ukazuje sa, že pre sociálny spôsob ich života je kľúčová. Kráľovná sa pri svadobnom lete spári so samcom a dostáva od neho zásobu spermií na celý život (a ten môže trvať aj 15 rokov). Spermie sú uskladnené a udržované pri živote v špeciálnych orgánoch v tele kráľovnej, ktorá ich môže kedykoľvek použiť na oplodnenie vajíčok.

Životaschopné sú však aj neoplodnené vajíčka, z ktorých sa liahnu samce. Lenže neoplodnené vajíčko, je vo svojej podstate gonáda – haploidná bunka, ktorá nesie len jednu sadu génov (len polovičný počet chromozómov). Samcove gény sa tak vyskytujú len v jednej alele, jednej forme. Jeho jedinou životnou úlohou je vyprodukovať dostatok spermií. Avšak vzhľadom na to, že pri tvorbe spermií nemôže dôjsť k výmene alel génov, všetky spermie mravčieho samca sú na 100 % totožné!

Aký vplyv má táto jedinečná vlastnosť samcových spermií na príbuznosť v rámci mravčej rodiny? Zásadný, avšak ako pre koho. Pre kráľovnú (matku) to neznamená v podstate nič. Ak by sa mohla spáriť s diploidným samčekom, výsledok by bol vždy rovnaký, na generáciu jej dcér by preniesla vždy len polovicu svojich alel. Samcove alely prechádzajú do ďalšej generácie úplne všetky. Budú pertrvávať v ďalších a ďalších generáciách robotníc v nezmenenom stave. K rozriedeniu jeho génov dochádza až u vnukov a vnučiek, potomkoch jeho dcér – kráľovien. Na druhej strane, pravdepodobne ako dôsledok svojej haploidity, sa svojich vnukov nikdy nedožije, umiera tesne po kopulácii.

Výhercami tohto vzťahu sú pravdepodobne robotnice. Ako som povedal, všetky sú dcérami kráľovnej a samca, čiže sú vo vzájomnom sesterskom vzťahu. Ich matka je diploidná a teda produkuje jedinečné vajíčka, ich otec je haploid a produkuje spermie s identickými alelami. Znamená to, že každá z robotníc bude po otcovi dediť tie isté gény. Ich príbuzenská genetická podobnosť je na základe vzťahu (100% spoločných alel génov otca + 50% spoločných alel génov matky)/ 2 (subjekty kríženia genómu) priemerne 75%! To je genetická podobnosť akú žiadny diploidný organizmus nemôže dosiahnuť generatívnym rozmnožovaním.

…and the winner is!

Pre robotnice teda z pohľadu genetickej príbuznosti má väčší význam starať sa o svoje sestry a vzdať sa vlastného rozmnožovania. Zdanlivá obeta v prospech kolónie, či vrcholný altruizmus, alebo ak chceme „potlačenie ega“, im v skutočnosti prináša zisk, ktorý by cestou osobného uplatnenia nikdy nedosiahli. Každý z aktérov tohto mravčieho špecifika musí zisk zo spolužitia vyvážiť aj určitou stratou. Kráľovná obetovala za svoj kráľovský post možnosť trojštvrtinového príbuzenstva, samec dopláca svojou krátkovekosťou a robotnice zase žijú len pre prácu v prospech ostatných. Spoločne sú súčasťou kolónie a tá predstavuje najúspešnejšiu stratégiu prežitia v živočíšnej ríši.

Autor: Michal Wiezik
Stránka blogu autora (zdroj):
wiezik.blog.sme.sk

This entry was posted in Myrmekológia. Bookmark the permalink.

Comments are closed.