ما يمكن أن تعلمنا إياه الحياة الاجتماعية المعقدة للدبابير عن تطور المجتمعات الحيوانية

إنه الربيع في إنجلترا. أزهار النرجس في إزهار كامل. ملكة الستره الصفراء (فيسبولا) دبور يخرج من دورتك العلوية ، غافل مع سبات وجائع للرحيق. بدأت في بناء عش من الورق لتربية الأسرة فيه. ستكون عائلة كبيرة. لكن في الوقت الحالي ، تعمل بمفردها.

تمت دراسة الدبابير بشكل سيء مقارنة بالحشرات الاجتماعية الأخرى ، مثل النحل والنمل. لكن مجتمعات الدبابير هي مثال رائع على حشرة اجتماعية (حشرة تعيش في مجموعة) لأن مجتمعاتها متنوعة للغاية. تساعد مقارنة تركيبها الجيني مع الحشرات الاجتماعية الأخرى في تعزيز فهمنا لكيفية تطور المجتمعات الحيوانية.

قام فريقي بتسلسل الجينات المرتبطة بالسلوك الاجتماعي من تسعة أنواع من الدبابير لاستكشاف ما الذي يجعل الملكة (أو عاملة). ما وجدناه يتحدى وجهة النظر العلمية الشائعة حول الآلية الجزيئية التي تجعل مجتمعات الحشرات تكتسح.

التقسيم المشترك للعمل ، في شكل طوائف الملكة والعمالة ، هو سر النجاح لجميع الحشرات الاجتماعية. تطورت الطبقات بشكل مستقل ثماني مرات على الأقل في غشائيات الأجنحة – وهي النحل والدبابير والنمل.

عندما تفقس أول حضنة لها ، تصبح ملكة الستره الصفراء منتجًا مخصصًا للبيض. سيتولى نسلها العامل توسيع العش والبحث عن الفريسة لإطعام الأشقاء الصغار. العمال لن يكونوا ملكات ابدا. مثل الأنسجة في جسمك ، تقسم الملكة وعمالها الأعمال المنزلية في المجتمع بينهم: تعاون سلس بين شكلين من الدبابير.

التنشئة الاجتماعية التي تأتي مع اللدغة

على النقيض من ذلك ، في مجتمعات أخرى ، مثل ميتابوليبيا الدبابير في ترينيداد ، سيبحث العديد من الملكات والعمال معًا عن مكان جديد للعش. يختار السرب جذع شجرة ويبدأ في بناء عش ورقي يشبه بتربة بقرة.

في الوقت الحالي ، هناك العديد من الملكات والعديد من العمال ، ولكن بعد أسابيع قليلة من نمو العش ، تسود ملكة واحدة. لا يعرف العلماء كيف يتم اختيار الملكة ولكن أولئك الذين لا يقومون بالقطع النهائي يتصرفون كعمال. شاب ميتابوليبيا العمال “كاملو القدرات” مما يعني أنه يمكنهم أن يصبحوا ملكة إذا ماتت الملكة المقيمة. العمال الأكبر سنا ، مع ذلك ، مروا بشكل من أشكال “سن اليأس” الحشرات ولا يمكنهم التكاثر.

مجتمعات الدبابير الأخرى أبسط. خذ Polistes الدبابير الورقية التي تعيش على طول ضفاف قناة بنما ، حيث تتدلى أعشاشها مثل نعال الأحذية القديمة من الأشجار والجسور والمنازل. العشرات من أجسام الكستناء تجلس على عش: كل أنثى كاملة القدرة ، لكن دبورًا واحدًا فقط هو ملكة في أي وقت. عندما تموت الملكة ، ينهار التسلسل الهرمي ويقاتلون بشراسة لاستبدالها.

بفضل التقدم في علم الأحياء الجزيئي ، نعلم الآن أن الملكات والعاملين في مجتمعات الحشرات هم تعبيرات مختلفة عن نفس الجينوم (المجموعة الكاملة من تعليمات الحمض النووي الموجودة داخل الخلية). الاختلافات الفسيولوجية والسلوكية التي تسمح للطبقات بأداء مهامها المتخصصة هي أن الجينات المشتركة في المستعمرة يتم تنشيطها بشكل مختلف. مئات الجينات تفصل الملكات عن العاملات في نحل العسل. تفصل بعض الجينات نفسها الطوائف في النمل الناري والنحل الطنان والدبابير الورقية. هناك مجموعة أدوات اجتماعية مشتركة.

يعتقد العلماء على الأقل ذلك.

ما تعلمناه

تتمثل إحدى المشكلات في أن مقارنة البيانات عبر الأنواع والأساليب والمختبرات المختلفة أمر صعب. أنت لا تقارن مثل بالمثل. يميل الباحثون إلى التركيز على عدد قليل من الأنواع الشائعة وقد تولد المعامل المختلفة نتائج بطرق مختلفة. من الصعب مقارنة مجموعات البيانات لأنه من السهل الوقوع في فخ انتقاء الجينات التي نتوقع رؤيتها في مجموعة أدوات اجتماعية لـ “المشتبه بهم المعتادون”.

ألقى فريقي نظرة على الصورة الأكبر. قمنا بتسلسل الجينات النشطة في الأدمغة من تسعة أجناس (فئات بيولوجية) من الدبابير الاجتماعية من جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك ممثلين لبعض المجتمعات الأكثر بساطة والأكثر تعقيدًا المعروفة في مملكة الحيوان. ركزنا على الأدمغة لأن الاختلافات في تنشيط جينوم الدماغ تشكل سلوكًا مثل البحث عن الطعام والتزاوج وبناء العش ، وعلم وظائف الأعضاء ، مثل إنتاج البيض. استخدمنا أيضًا نفس تقنيات أخذ العينات والتسلسل عبر جميع أنواعنا.

استخدمنا الذكاء الاصطناعي (AI) لأن أجهزة الكمبيوتر أفضل في اكتشاف الأنماط من البشر لأنها تستطيع معالجة أنماط أكثر تعقيدًا بشكل أسرع. هم أيضا أكثر موضوعية. تم تدريب الكمبيوتر على التعرف على الطبقات. ثم طلبنا منها تصنيف العينات على أنها ملكات أو عاملات ، بناءً على أنماط تنشيط الجينات في العينة.

إذا كانت فرضية مجموعة الأدوات الاجتماعية صحيحة ، فلا بد أن نكون قد رأينا مجموعات من ملفات تعريف التنشيط المشتركة للملكات والعاملين في جميع الأنواع.

وجدت الآلات بعض الأدلة على ذلك. من بين أكثر من 5000 من الجينات المتعامدة (الجينات المشتركة بين جميع الأنواع) ، حدد الكمبيوتر الملكات والعاملين بشكل صحيح لسبعة من الأنواع التسعة. ومن المثير للاهتمام أن النتائج أظهرت أن الملكات تتميز بجينات أكثر خمولًا مقارنة بالعاملين ، ربما لأن العمال يؤدون مجموعة واسعة من المهام ، بينما الملكات متخصصات في وضع البيض.

لكن تعقيد المجتمع مهم أيضًا. أظهرت أساليب الذكاء الاصطناعي لدينا أن مجموعة الأدوات الجزيئية المشتركة توفر الوصفة الأساسية الكافية للمجتمعات الأبسط. لكن هناك حاجة لعمليات جزيئية إضافية للمجتمعات الأكثر تعقيدًا. خاصة تلك الكائنات الحية الخارقة ، مثل دبابير السترة الصفراء.

الآلات المستخدمة لإنشاء عامل دبور ورق كامل القدرة ليست بالضرورة هي نفسها المطلوبة لجعل عامل السترة الصفراء ملتزمًا طوال حياته.

أظهرت نتائجنا أن مجموعة الأدوات الجزيئية للحياة الاجتماعية أكثر تعقيدًا مما كان يعتقد سابقًا. وجدت دراسة فريقي أن نوع المستعمرة يؤثر على الطريقة التي يتعامل بها التطور مع اللبنات الأساسية للحياة لإنشاء المجتمعات.

يزيد تاريخ الحياة من تعقيد هذا الأمر. ما إذا كان أحد الأنواع يبني أعشاشًا جديدة بمفرده (مثل السترة الصفراء) أو مع سرب من الملكات والعمال الآخرين (مثل ميتابوليبيا) يمكن أن تؤثر على مجموعة الأدوات الاجتماعية أيضًا.

لقد منحنا قصر تركيزنا العلمي على عدد قليل من الأنواع الشعبية نظرة ضيقة الأفق لتجربة التطور العظيمة: المجتمعات. قد يتطلب الانتقال من المجموعات البسيطة (مثل الدبابير الورقية) إلى الآلات شديدة التعقيد للكائنات الحية العملاقة (مثل السترات الصفراء) تحولًا أساسيًا في الآلية الجزيئية. مثل كل تحديات الحياة ، فإن الابتكار هو مفتاح النجاح.