Ученые утверждают, что для объяснения эусоциальности достаточно естественного отбора

Ученые из Гарвардского университета представили новую модель «эволюционного лабиринта», который виды должны пройти, чтобы достичь эусоциальности — редкой, но чрезвычайно успешной социальной структуры, при которой особи кооперируются для выращивания потомства.

Математические биологи Мартин А. Новак и Корина Е. Тарнита и эволюционный биолог Эдвард О. Уилсон представили свою работу в журнале Nature. Их моделирование показывает, что стандартная теория естественного отбора сама по себе может объяснить эволюцию эусоциального поведения, без необходимости привлечения теории родственного отбора.

«Эмпирические данные, собранные в нашей статье, демонстрируют, что эусоциальность чрезвычайно редка, потому что виды должны пройти длинный эволюционный лабиринт, чтобы достичь этого состояния», — говорит Уилсон. — «Мы надеемся, что наша новая теория эволюции эусоциальности откроет социобиологии новые направления исследований, освободив изучение социальной эволюции от обязательного следования теории родственного отбора».

Эусоциальные организмы, такие как муравьи, осы и пчелы, формируют иерархические социальные системы с репродуктивными матками и стерильными рабочими — то есть многие особи жертвуют собственным размножением, чтобы заботиться о потомстве других. На протяжении четырех десятилетий теория родственного отбора, основанная на концепции совокупной приспособленности, была главной теоретической попыткой объяснить эволюцию такого поведения.

«В некоторых ситуациях теория совокупной приспособленности, которая пытается рассчитать эффекты приспособленности, передаваемые родственникам, является подходящей альтернативой стандартной популяционной генетике, — говорит Новак. — Но она неприменима в общем случае. Наш анализ показывает, что теория совокупной приспособленности опирается на хрупкие допущения, которые редко выполняются в природе. Вопреки многим предыдущим заявлениям, мы доказываем, что эта теория не является расширенной теорией эволюции и не нужна для объяснения эусоциальности. Стандартная теория естественного отбора представляет собой более простой и превосходный подход и дает точную основу для интерпретации эмпирических наблюдений».

Эусоциальность редка, но важна в эволюционной биологии, потому что немногие виды, которые ей следуют — включая общественных насекомых и, в определенной степени, людей — относятся к числу самых доминирующих на планете. Биомасса одних только муравьев составляет более половины биомассы всех насекомых, превышая биомассу всех наземных позвоночных, кроме человека. Люди, которые являются эусоциальными в более свободной форме, доминируют среди наземных позвоночных.

«Эусоциальность возникала независимо примерно от 10 до 20 раз в ходе эволюции, — говорит Тарнита. — Наша модель показывает, что достичь эусоциальности изначально трудно, но она очень стабильна, будучи установленной. Колония ведет себя как «суперорганизм», воспроизводя геном матки и сперму, которую она сохранила».

Предложение Новака, Тарниты и Уилсона по эволюции эусоциальности описывает три отдельных шага, которые виды могут сделать, чтобы обойти эволюционную стоимость эусоциальности:

• Формирование групп: виды должны формировать группы внутри популяции (например, когда гнезда или пища привлекают особей в отдельные места, когда родители и потомство остаются вместе или когда мигрирующие стаи следуют за лидерами).
• Накопление адаптаций: виды должны накопить черты, возникающие в результате обычного естественного отбора, которые благоприятствуют переходу к эусоциальности. Например, пчелы Ceratina и Lasioglossum, которые находятся на грани эусоциальности, кооперируются в добыче пищи, рытье туннелей и охране ресурсов. Другой такой преадаптацией является прогрессивное провизионирование, когда самка строит гнездо, откладывает в него яйцо, а затем кормит или охраняет личинок до их созревания. Самое важное — вид-кандидат должен построить защищаемое гнездо.
• Развитие генов эусоциальности: особи должны развить гены, поддерживающие эусоциальность, путем мутации или рекомбинации. Переход порога к эусоциальности по сути требует, чтобы самка и ее потомство не расселялись для создания новых индивидуальных гнезд, а оставались в старом. Хотя гены эусоциальности еще не идентифицированы, известно, что по крайней мере у двух эусоциальных видов муравьев есть гены, подавляющие стремление покидать гнездо.

Если эти шаги выполнены и вид становится эусоциальным, эволюционные затраты на отказ особей от размножения компенсируются значительно сниженной смертностью матки и ее личинок, которые защищены колонией. У некоторых видов муравьев матка, которая в одиночестве могла бы жить всего несколько месяцев, в составе колонии может жить 25 лет и более, производя в процессе миллионы потомков.