Как одиночные тараканы породили социальных термитов — по данным двух геномов

Термиты — это «социальные тараканы». Они произошли от предковых одиночных тараканов около 150 миллионов лет назад, по крайней мере на 50 миллионов лет раньше, чем пчелы, муравьи и осы независимо эволюционировали до сложных обществ. Термиты живут в сложных социумах с разделением труда на касты и тесной координацией задач. Например, королева и король монополизируют размножение в колонии, а рабочие и солдаты поддерживают и защищают её. Это разделение требует четкого распознавания «свой-чужой» и механизмов подавления размножения рабочих при наличии фертильной королевы. При этом термиты ведут относительно простой образ жизни — питаются древесиной и редко выходят на открытое пространство. Эти изменения по сравнению с предковым одиночным тараканом должны отражаться в организации генома термита.

Немецкий таракан (Blattella germanica) ведет совершенно иной образ жизни. Это всеядное насекомое, питающееся любой пищей, падальщик, практикующий даже копрофагию — поедание общих фекалий — для получения симбиотических микроорганизмов и питательных веществ от сородичей. Этот таракан — глобальный синантропный вредитель, оказывающий значительное негативное влияние на здоровье человека. Тараканы производят сильные аллергены, способные вызывать аллергию и астму, особенно у детей. Они процветают в антисанитарных условиях и не только передают патогены, но и развили широкий спектр иммунных механизмов для защиты от инфекций. Кроме того, тараканы выработали множество механизмов устойчивости к инсектицидам.

В статье в Nature Ecology & Evolution сообщается о секвенировании, аннотации и анализе геномов немецкого таракана и сухого древесного термита Cryptotermes secundus в контексте эволюции социальности термитов. Команда сравнила эти геномы и геномы 15 других видов насекомых, чтобы проанализировать эволюцию генов при переходе от несоциальных тараканов к социальным термитам.

Особый интерес представляют хемосенсорные гены, используемые в химической коммуникации — обонянии и вкусе. Ночной и всеядный образ жизни тараканов требует значительных вложений в чувствительные и разборчивые органы чувств, и геном таракана это отражает. Четыре семейства хемосенсорных белков позволяют насекомым различать пищу, находить партнеров, распознавать феромоны и избегать ядов. Немецкий таракан теперь держит мировой рекорд по разнообразию хемосенсорного репертуара генов, что будет бесценно для разработки более эффективных приманок для борьбы с вредителями.

Эволюционно родственный, но более специализированный термит претерпел значительные потери генов обоняния и вкуса, что соответствует узкой химии его экологической ниши (древесина). Тем не менее, геном термита показывает признаки хемосенсорных адаптаций, сохранившихся от тараканов и, вероятно, сформировавших эволюцию социальной жизни у этих «социальных тараканов».

Расширение многих других семейств генов в геноме таракана, вероятно, позволило адаптироваться и успешно колонизировать разнообразные среды обитания. Публично доступная последовательность генома позволит исследователям и индустрии борьбы с вредителями изучать функции многих генов и нацеливаться на некоторые из них с помощью инновационных и специфичных для тараканов пестицидов.

Среди них — гены, участвующие в расщеплении и выведении инсектицидов. Расширение этих генов и их повышенная экспрессия позволяют B. germanica развивать устойчивость к широкому спектру инсектицидов. Аналогично, таракан устойчив ко многим типам патогенов благодаря расширенным семействам генов, используемых в иммунных ответах. Расширенный репертуар генов, кодирующих пищеварительные ферменты, поддерживает успех немецкого таракана как крайнего всеядного, способного переваривать широкий спектр пищи.