ewolucja Artykuly

   wprowadzenie
   blog
   artykuły
      Teoria
      Biogeneza
      Filozofia
      Geologia
      Paleontologia
      Antropogeneza
      Genetyka
      Faktoidy
      Archiwum KS
      Behawior
      Modelowanie
   kreacjonizm
   e-WWWolucja
   forum
   literatura
   ludzie
   słowniczek
   varia
   mapa serwisu
   English info

szukaj w serwisie





Jak powstało życie społeczne owadów?

Konrad Karpieszuk   
15.II.2003    
 2  

Aby mogła zaistnieć korzyść z altruizmu, musi być ona większa od odwrotności stopnia pokrewieństwa. Przykładowo, stopień pokrewieństwa pomiędzy siostrami wynosi 1 - zatem opieka jednej z sióstr nad drugą przy wyrzeczeniu się przez opiekunkę własnego potomstwa musi zaowocować przeżyciem co najmniej 2 razy liczniejszego potomstwa niż w sytuacji, gdy każdy z organizmów decyduje się sam na własne potomstwo.

Predyspozycja do altruizmu wśród eusocjalnych błonkówek jest spotęgowana faktem, że rozmnażają się one haplodiploidalnie. Oznacza to, że diploidalne samice (w tym i robotnice) powstają z jaj zapłodnionych (samice mają więc materiał genetyczny zarówno od ojca, jak i od matki), natomiast haploidalne samce - z jaj niezapłodnionych (mają 100% materiału genetycznego wspólnego z matką).

Co to oznacza? Matka i córka mają - jak zwykle u zwierząt - wspólne ze sobą połowę genów. Oznacza to, że aby geny danego osobnika nie zniknęły z puli genowej populacji (lub gatunku), ów osobnik musi swoim behawiorem zapewnić przeżycie co najmniej dwójki swych potomków w następnym pokoleniu.
Na razie wszystko wygląda tak samo jak u wszystkich innych organizmów. Jednakże istotny jest tu fakt, że mrówcze siostry mają ze sobą wspólne aż 3/4 genów, gdyż obie dostają dokładnie taki sam zestaw genów ojca (nie ma tu rekombinacji). Odwrotnością 3/4 jest 4/3 - o tyle właśnie zwielokrotnia się liczba potomstwa mrówek, jeśli jedna siostra pomoże drugiej w opiece nad potomstwem. Brzmi to zaskakująco, ale każda mrówka ma więcej wspólnych genów z siostrą niż z własną córką.
Lepiej jest zatem dbać o siostrę niż o własne potomstwo, bo w takiej sytuacji szansa na sukces w przekazaniu własnych genów jest zdecydowanie większa. To siostra przekaże nasze geny zamiast nas samych. Najlepszym zatem rozwiązaniem dla pierwotnej osy było zaprzestać się rozmnażać i zająć się opieką nad własnymi siostrami. I tak właśnie wykształciła się eusocjalność wśród owadów.

Teoria Hamiltona potrafi także wytłumaczyć, dlaczego wśród owadów społecznych jest tak mało samców. Mrówki mają z nimi wspólnych tylko 1/2 genów - nie ma zatem większej potrzeby utrzymywania ich dużej liczby w gnieździe. Byle ich wystarczyło tyle, ile trzeba na jednorazowe loty godowe. Nikt nie ma z nimi zbyt dużo wspólnych genów - poza porą godową są zatem jedynie konkurentami o zasoby.

Kolejną osobą, która rozwinęła hamiltonowską teorię doboru krewniaczego, a zarazem wprowadziła nieco zamieszania, był Robert L. Trivers. Stwierdził on bowiem, że teoria Hamiltona sprawdza się jedynie, gdy robotnice bardziej się opiekują jajami zawierającymi samice niż samce. Wyobraźmy sobie, co by się działo, gdyby robotnice opiekowały się w takim samym stopniu samicami, co samcami. Załóżmy, że genom mrówek liczy 20 genów o zróżnicowanych allelach. Robotnice mają zatem z innymi samicami 15 wspólnych genów (3/4), z samcami - 5 (1/4) i są zdolne wychować co najwyżej 100 osobników. Jeżeli będą opiekować się w równym stopniu samcami, jak samicami, przekażą następującą liczbę genów do kolejnego pokolenia:
(15 genów * 50 samic) + (5 genów * 50 samców) = 750 + 250 = 1000 kopii genów w nowym pokoleniu

Nie ma tu żadnego zwiększenia liczby genów. U zwykłych organizmów (nie haplodiploidalnych), gdzie opiekun ma wspólne 1/2 genów z zarówno z męskim, jak i żeńskim rodzeństwem, wychowując 100 osobników z 20 genami przekazałby do kolejnego pokolenia:
(10 genów * 50 samic) + (10 genów * 50 samców) = 500 + 500 = 1000 kopii genów. To jest tyle samo genów, co gdyby zwykły diploidalny organizm zdecydował się na opiekę nad własnym potomstwem:
10 genów * 100 potomków = 1000 kopii genów w nowym pokoleniu.

Zatem, jeżeli mrówka miałaby w takim samym stopniu opiekować się samcami, z którymi ma mało wspólnych genów, jak i samicami - równie dobrze może zająć się własnym potomstwem. Najlepsze efekty uzyskać może tylko wtedy, gdy wychowa 3/4 samic (75 ze stu wszystkich osobników) i 1/4 samców (25 osobników):
(15 genów * 75 osobników) + (5 genów * 25 osobników) = 1125 + 125 = 1250 kopii genów.

Tu się pojawia konflikt interesów, obliczono bowiem, że największy sukces rozrodczy królowej przypada, gdy stosunek płci w jej potomstwie wynosi 1:1; wtedy przekaże najwięcej swoich własnych (a nie "społecznych") genów. Stwierdzono jednakże, iż robotnice faktycznie mogą wpływać na stosunek płci w populacji; zatem mają one też wpływ na przekazywanie swoich genów.

Kolejnym problemem jest także fakt, że powyższy model sprawdza się tylko, jeżeli wszystkie robotnice pochodzą od tego samego samca, a tak zdarza się bardzo rzadko. Królowa podczas lotu godowego jest zapładniana przez setki samców o różnych genotypach i może wydawać potomstwo różnych ojców. Powoduje to, że tak naprawdę stopień pokrewieństwa w gnieździe jest zdecydowanie mniejszy niż 3/4 - nierzadko wynosi on zaledwie ułamki rzędu 1/10 000. Przy tak małym stopniu pokrewieństwa robotnica, aby przekazać swoje geny następnemu pokoleniu powinna spowodować wzrost liczby potomstwa królowej rzędu 10 000 razy, a to jest bardzo trudne.

Problem ten znika, jeśli założyć, że robotnice są zdolne do wynajdywania wśród larw i poczwarek tych, które powstały wskutek zapłodnienia przez tego samego samca (i opiekowania się nimi), a usuwania innych. Nie udało się jednak jak na razie zbadać, czy tak w istocie jest - zauważono jedynie, że robotnice w istocie większą uwagę przykładają do opieki nad niektórymi z jaj i larw - nie wiadomo jednak, ile mają z nimi wspólnych genów (czy pochodzą od tego samego samca, co i one).
Wiadomo także, że robotnica na pewno umie rozpoznać, która z innych robotnic jest z nią bliżej spokrewniona. Być może są zatem zdolne i do rozpoznania bliżej spokrewnionych jaj. Odpowiedzi na te pytania mogą wnieść spory wkład we współczesne badania nad biologią mrówek i teorią doboru krewniaczego. Jeżeli udałoby się potwierdzić umiejętność rozpoznania spokrewnionych jaj, ugruntowałoby to teorie Hamiltona oraz Triversa.
Jeżeli nie - zmusiłoby to do przewartościowania owych teorii, a może nawet odnalezienie nowych prawidłowości ewolucyjnych.
Dlaczego bowiem mrówki opiekują się niespokrewnionymi organizmami i przy tym wciąż wygrywają wyścig ewolucyjny? Czy to tylko ślepy zaułek doboru krewniaczego, czy też jest w tym jakaś metoda?






autorzy:      Katarzyna Adamala       Karol Sabath