この「役に立たない」器官は、どのアリが大きな兵士に成長するかを決定します

アリのコロニーは、1億5千万年以上にわたっていくつかの驚くべき集団的特徴を進化させてきました。 例えば、ファイアアリは互いにリンクして恐ろしく効果的ないかだを作り、一部の軍アリは食物を集めるために完全に効率的なアリの橋を本能的に構築しているようです。

これらの昆虫はまた、個体数を制御し、兵士と労働者の設定比率を維持する能力を持っているようです。 そのようなアリカーストシステムがどのようになったのかは昆虫学者にとって謎のようなものですが、今日ネイチャーで発表された研究は、アリが兵士になるか労働者になるかは、長い間役に立たないと考えられていたウイングディスクに関係していることを明らかにしています。

「これらのカーストシステムは、表現型進化の主な原因不明の現象の1つです」と、ワシントンDCのジョージワシントン大学のアリ生物学者であるスコットパウエルは言います。

翼の円盤、細胞の小さな袋は女王の翼になる運命にありますが、幼虫の中で成長し、変態中に死んで翼のない兵士を生み出します。 この研究は、これらの初歩的な翼円盤は結局のところ初歩的ではなく、むしろアリの幼虫の発達に影響を与えることを示しています。

「この研究の本当に重要な点は、機能を持たないと長らく信じられていた初歩的な器官と痕跡構造が、開発中に実際に大きなシグナル伝達の役割を果たしている可能性があることです」と、McGill Universityの上級著者である進化発達生物学者Ehab Abouheif新しい研究。 （免責事項：出版前に彼の研究についてAbouheifと話しましたが、彼は論文の謝辞に私を含めています。）

発達中の兵士の幼虫は大きな初歩的な翼の円盤を生産しますが、労働者の幼虫は生産しません。 変態中に単純に死ぬと以前は考えられていたが、翼の円盤は明らかに他の体の部分の成長にいくらかの影響を持っている。

「[翼の円盤]は非常に大きくなります。これは一種の驚くべきことです」と、アリゾナ大学のアリ生物学者で、1980年代からアリのカーストの決定を研究したダイアナ・ウィーラーは言います。 「それは明らかに、進化が取り除くことを忘れていたものではないことは明らかです。 何かに使われているようです。」

アリの幼虫の翼円盤の見かけの機能は、昆虫の進化の歴史に重要な意味を持っています。 初期のアリは翼のある女王と翼のない労働者カーストのコロニーを作り、その後、いくつかの独立した血統で、労働者カーストはさらにサブキャストに分化しました。 1, 000種以上のアリを含む多様な属であるPheidoleでは 、労働者カーストは未成年の労働者と兵士に分かれています。 兵士は防御と種子の処理に使用する不均衡に大きな頭を持っていますが、未成年の労働者はコロニーの90〜95％を占め、子育てや採餌などのタスクを実行します。

1980年代からのWheelerの研究は、 Pheidoleアリがコロニー内の未成年の労働者と兵士の割合を規制できることを示しました。 この規制が機能する1つの方法は、兵士がコロニーの人口の約5％を超えた場合に幼虫の兵士の発達を抑制する兵士によって作られた抑制性フェロモン（クチクラ炭化水素）を使用することです。

翼円盤とサブキャストの関係を調査するために、Abouheifと彼のチームはvestigialと呼ばれる遺伝子を破壊しました。 兵士向けの幼虫の痕跡をノックダウンすると、動物の頭と体のサイズが小さくなり、マイナーな労働者が生まれましたが、マイナーな労働者の痕跡をノックダウンしても効果はありませんでした。

チームはその後、100％の未成年労働者の成人人口または100％の兵士で兵士向けの幼虫を育てました。 植民地に100％の未成年労働者がいたため、幼虫は兵士を生産しました。 しかし、100％の兵士がクチクラ炭化水素フェロモンを放出することで、幼虫の初歩的な翼の円盤のサイズは大幅に縮小され、頭と体の小さな成虫が生産されました。

もちろん、臓器が体内の他の臓器の発達に影響を及ぼすという事実は新しいものではありません。 昆虫の以前の実験は、例えば、発達中の翼が栄養素と成長因子を奪い合うことを実証しました。 発達中の翼の損傷は、体全体の発達を遅らせる信号を生成する可能性があり、適切に調整された方法で成長を進めることができるように、ディスクが回復する時間を与えます。

第一著者のRajendhran Rajakumarによると、ここで目立っているのは、基本的な翼が競争ではなく、実際に兵士のサブキャストの頭の成長を促進しているということです。 「この組織は実際には成人では形成されないという事実に基づいて、さらに驚くべきことです。 初歩的なものなので、実際に動揺したときのような結果を期待することはできませんでした」と、マクギルのAbouheifの研究室で働いており、現在ハーバード大学の研究者であるRajakumarは言います。

アリは、働きバチの多型を進化させていないハチやスズメバチなどの他の社会性昆虫とは対照的です。 女王蜂と働き蜂にはすべて翼があり、「飛ばなくてはならない翼を作っている場合、その成長をあまり楽しむことはできないので、これらのディスクの成長は非常に制約されます」とAbouheif氏は説明します。 これは、アリとは異なり、働きバチが進化的にサブキャストに分化しない理由を説明するかもしれません。

進化的イノベーションを推進する初歩的な器官や痕跡的な器官の例はあまり知られていない。 翼の円盤以外に、別の興味深い可能性として、ミツバチの幼虫の卵巣があります。これは、発達の初期段階での女王の卵巣と同じくらい大きいです。 スミソニアン熱帯研究所の進化発生生物学者であるメアリー・ジェーン・ウェスト・エバーハルトは、ミツバチの幼虫の労働者が決して生殖しないので、なぜ卵巣が必要なのかは明らかではない。

「だから、問題は次のとおりです。通常の労働者の発達にとって、初期の幼虫に卵巣が存在することは重要ですか？」と彼女は尋ねます。 今後の調査のみがわかります。

「この研究により、人々が痕跡器官の考え方を別の方法で見るようになり、それらが単なる残骸として却下されるのではなく、実際に何をしているのかを探ろうとすることを願っています」とAbouheifは言います。 「実際、彼らは以前考えていたよりもはるかに大きな役割を果たしていると思います。」