Wespengenetikstudie schlägt vor, dass Altruismus vom mütterlichen Verhalten entwickelt wurde

Wespengenetikstudie schlägt vor, dass Altruismus vom mütterlichen Verhalten entwickelt wurde
Anonim

Forscher der University of Illinois haben einen innovativen Ansatz verwendet, um die molekularen Grundlagen des altruistischen Verhaltens bei Wespen aufzudecken. Das Forscherteam konzentrierte sich auf die Expression von verhaltensbezogenen Genen in Polistes metricus-Papierwespen, einer Art, für die zu Beginn der Studie nur wenige genetische Daten verfügbar waren. Ihre Ergebnisse erscheinen heute online in Science Express .

Wie Honigbienenarbeiter geben Wespenarbeiter ihre Fortpflanzungsfähigkeit auf und konzentrieren sich ganz auf die Pflege ihrer Larvengeschwister. Diese Praxis scheint der darwinistischen Vorhersage zu widersprechen, dass ein erfolgreicher Organismus vor allem danach strebt, sich selbst zu reproduzieren. Solche Verhaltensweisen weisen auf eine eusoziale Gesellschaft hin, in der einige Menschen ihre Fortpflanzungsfunktionen verlieren oder opfern und stattdessen zum Wohle der größeren Gruppe arbeiten.

Verhaltenswissenschaftler haben seit langem die Ähnlichkeit zwischen dem Verhalten einiger Wespen bei Müttern und der Pflege und Versorgung von Arbeitnehmern festgestellt. Bisher hatte keine Studie eine genetische Verbindung zwischen den beiden aufgedeckt.

Die Forscher stellten fest, dass das Muster der verhaltensbezogenen Gene im Gehirn der Arbeiterwespen dem der Gründerinnen am ähnlichsten war, der weiblichen Wespen, die allein neue Kolonien errichten und einen Großteil ihres frühen Lebens mütterlichen Aufgaben widmen.

"Diese Wespen fangen als alleinerziehende Mütter an", sagte die Postdoktorandin Amy Toth. "Sie haben keine Arbeiter, die ihnen helfen könnten, also sind sie dafür verantwortlich, alle Eier zu legen und die sich entwickelnden Larven zu versorgen, die dann zu Arbeitern werden."

Die Forscher wählten diese Art aus, weil sie einen evolutionären Übergang darzustellen scheint. Sobald eine Gründerin eine erste Generation von Arbeitern aufgezogen hat, übergibt sie die Aufgabe, die Larven den Arbeitern zuzuführen, und widmet sich ganz ihrer „königlichen“ Fortpflanzungsfunktion.

Zu diesem Zeitpunkt stellten die Forscher fest, dass sich die Verhaltensgenexpression in ihrem Gehirn von der während ihrer Mutterschaft beobachteten unterscheidet.

Toth stellte fest, dass die P. metricus-Wespen eine Art Zwischenstadium in der Entwicklung des eusozialen Verhaltens darstellen. Die Honigbienenkolonie, in der Königinnen niemals mütterliche Aufgaben wahrnehmen, gilt als eine weiter entwickelte Form der Eusozialität.

"In Polistes metricus Wespen haben Sie ein Verhalten, das dem eines mütterlichen Vorfahren ähnlicher ist", sagte Toth. "Das war wirklich wichtig für unser Studium."

Das Studienteam bestand aus Forschern von 454 Life Sciences, einem in Connecticut ansässigen Unternehmen, das eine Methode zur Sequenzierung kurzer DNA-Abschnitte entwickelt hat.

"Wenn Sie dies mit einem konventionellen Ansatz tun müssten, würde es eine phänomenale Menge Geld kosten", sagte Michael Egholm, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung im Unternehmen. Ein miniaturisierter Vorgang und ein optimierter Prozess zur Sequenzierung der DNA machen den neuen Ansatz viel wirtschaftlicher, sagte er.

Anstatt sich auf das gesamte Wespengenom zu konzentrieren, was kostspielig wäre, konzentrierte sich das Forscherteam auf jene Gene, die im Wespengehirn in ausreichenden Mengen exprimiert wurden, um mit dem neuen Ansatz nachgewiesen und sequenziert zu werden. Anschließend vertrauten sie auf ein Team von Bioinformatikern in der Abteilung für Pflanzenwissenschaften, um die Daten zu verstehen.

Dies sei eine Herausforderung, sagte der auf Bioinformatik und Genomik spezialisierte Professor für Pflanzenwissenschaften, Matt Hudson. Die neue Technik produzierte DNA-Fragmente, die viel kürzer waren als die üblicherweise verwendeten. Da nur sehr wenige genetische Daten zu dieser Wespenart verfügbar waren, verglichen Hudson und Doktorand Kranthi Varala die sequenzierten Genfragmente mithilfe eines Computeralgorithmus mit Sequenzen aus dem vollständig sequenzierten Genom der Honigbiene. Diese Methode ermöglichte es ihnen, in den Wespen 32 Gene zu identifizieren, von denen bekannt ist, dass sie bei Honigbienen verhaltensbezogen sind.

Mit diesen Daten konnten die Forscher die Expression von Verhaltensgenen im Gehirn von Gründerinnen, Arbeitern, Königinnen und Gynäkologen vergleichen. (Gynes leisten keine Arbeit in der Kolonie. Sie gründen im folgenden Frühjahr ihre eigenen Kolonien.)

"Wir haben die Grenzen viel weiter verschoben als bisher", sagte Hudson. "Vor 100 bis 150 Millionen Jahren gab es einen gemeinsamen Vorfahren für Papierwespen und Honigbienen, und in dieser Zeit hat sich die DNA stark verändert." sehr wenig, sagte Hudson. Dies ermöglichte robuste Vergleiche zwischen den verhaltensbezogenen Genen beider Spezies und die Identifizierung der Gene in den Wespen, die für die Studie wichtig waren.

"Das sind sehr gute Nachrichten für Menschen, die Organismen in der Natur und nicht im Labor untersuchen", sagte Toth. "Wenn Ihr Organismus eng mit einem Organismus verwandt ist, für den Sie ein sequenziertes Genom besitzen, können Sie diesen Ansatz verwenden und innerhalb weniger Tage zahlreiche Informationen über unbekannte Gensequenzen erhalten."

Der Entomologieprofessor Gene Robinson, ein Autor der Studie, sagt voraus, dass diese Studie das Interesse an der Anwendung moderner genomischer Ansätze auf Fragen im Zusammenhang mit Verhalten, Ökologie und Evolutionsbiologie erhöhen wird.

Quelle: Universität von Illinois in Urbana-Champaign