Домашние матки-царицы помогают сохранять родственные связи в крупных популяциях муравьёв

Колонии муравьёв и пчёл давно привлекают биологов из-за иерархической социальной структуры и внешне альтруистического поведения рабочих особей, которые выращивают потомство матки вместо собственного размножения. В колониях с одной маткой это имеет эволюционный смысл, так как рабочие особи генетически так же близки к выращиваемым принцессам и принцам, как к своим собственным детям. Это позволяет генам, лежащим в основе такого поведения, успешно передаваться благодаря «родственному отбору» (kin selection).

Однако в какой степени родственные связи могут объяснять поддержание альтруизма в крупных униколониальных популяциях муравьёв, где гнёзда содержат сотни маток? Исследователи из Университета Лозанны изучили этот вопрос на примере альпийских лесных муравьёв Formica paralugubris.

Мишель Шапюиза, Лоран Келлер и Барбара Хольцер проанализировали поток генов и генетическую структуру семи популяций (86 гнёзд в Альпах и горах Юра), используя гео-референсные микросателлитные генотипы и митохондриальные гаплотипы. Последние позволяют оценить поток генов по материнской линии, в то время как первые являются ядерными маркерами, отражающими генетическое происхождение от обоих родителей.

Авторы обнаружили, что скрещивание не происходит свободно внутри этих крупных популяций, несмотря на то, что они состоят из взаимосвязанных гнёзд, между которыми муравьи перемещаются без агрессии. Генетический анализ выявил наличие нескольких скрытых генетических кластеров гнёзд внутри каждой популяции. Особи внутри кластеров оказались значительно более родственны друг другу, чем муравьям из других кластеров.

Митохондриальные гаплотипы показали, что материнские связи наиболее сильны внутри одного гнезда, но почти так же сильны с членами других гнёзд в том же кластере. При этом материнские связи с особями из других кластеров были значительно слабее. Это говорит о том, что матки часто переходят для размножения в другое гнездо своего кластера, но редко уходят дальше. Однако четыре выявленных митохондриальных гаплотипа встречались в различных комбинациях по всем популяциям, что указывает на то, что матки, покидающие свой кластер, иногда принимаются в чужих гнёздах.

Индексы фиксации показывают, что если спаривание неслучайно на уровне популяции, то на уровне кластера оно случайно. Более высокие индексы фиксации для митохондриальных гаплотипов по сравнению с ядерными маркерами позволяют предположить, что поток генов смещён в сторону самцов. Хотя дальний поток генов встречается редко, самцы в 3–9 раз более мобильны, чем самки.

По словам Шапюизы, «насыщенный характер популяции муравьёв может способствовать тому, что самки остаются внутри кластеров, а не расселяются. Это в сочетании с конкуренцией между кластерами и смещённым в сторону самцов расселением может помогать поддерживать альтруизм у униколониальных видов».

Источник: Genetic clusters and sex-biased gene flow in a unicolonial Formica ant, Barbara Holzer, Laurent Keller and Michel Chapuisat, BMC Evolutionary Biology (in press)