Муравьиная матка производит потомство двух биологических видов

Половое размножение подразумевает существование внутри вида как минимум двух морф — самцов и самок. У некоторых видов насекомых встречается большее разнообразие форм, производимых на свет в зависимости от времени года, численности популяции или кастовой системы. Тем не менее общепринятым считается тот факт, что различные морфы, производимые в результате полового размножения, принадлежат к одному виду. Новая работа, опубликованная в журнале Nature, описывает нарушение этого правила — вид муравьев, самки которого производят самцов двух видов. Исследование посвящено муравьям-жнецам рода Messor, распространенных на территории Европы.

У некоторых видов муравьев, включая муравьев-жнецов Pogonomyrmex и огненных муравьев Solenopsis, известен спермопаразитизм. Матка спаривается с самцами другого вида для получения крупных и сильных рабочих особей, а с самцами своего вида — для получения новых маток. Рабочие особи, как правило, не способны к репродукции, поэтому гибридное потомство двух видов само не приносит потомства, и эта ситуация полностью невыгодна для самцов — объектов паразитизма.

Явление спермопаразитизма было описано и у видов рода Messor. Биолог-эволюционист Джонатан Ромигье из Института эволюционных наук Монпелье (Франция) и его коллеги провели полногеномный анализ 390 особей пяти видов этого рода и обнаружили еще более интересный феномен. И рабочие особи, и самки муравьев диплоидны (в отличие от самцов, которые рождаются из неоплодотворенных яиц) и должны быть генетически схожими. Но все рабочие M. ibericus (164 особи) демонстрировали уровень гетерозиготности в 15 раз выше, чем матки того же вида или особи других видов. Такая высокая гетерозиготность обычно указывает на гибридное происхождение, что подтвердил и филогенетический анализ — все рабочие особи представляли собой гибриды M. ibericus по материнской линии и M. structor по отцовской линии.

Полученные данные четко указывали на то, что самки M. ibericus используют сперму самцов M. structor для производства рабочих. Однако ареалы этих двух видов перекрываются очень незначительно, тем не менее рабочие M. ibericus являются гибридными и вне зоны сосуществования двух видов. В частности, гибриды первого поколения были обнаружены на Сицилии, более чем в тысяче километров от ближайших известных местообитаний M. structor.

Оказалось, что в колониях M. ibericus есть две морфы самцов — с опушением на теле и без него. Филогенетический анализ ядерных геномов показал, что «пушистые» самцы принадлежат к виду M. ibericus, а безволосые — к M. structor. Стоит отметить, что два вида не являются сестринскими (они удалены друг от друга на филогенетическом дереве рода) и разошлись более 5 миллионов лет назад.

У обеих морф самцов один и тот же митохондриальный генотип, то есть они имеют общее материнское происхождение. Но при этом генотипирование яиц и личинок в лабораторных колониях показало, что около 11,5 % из них имеют ядерный геном M. structor. Наконец, авторы наблюдали появление самцов двух морф в лабораторной колонии с одной маткой (в этом варианте исключалась возможность, что часть яиц отложена рабочими). Таким образом, множественные факты указывают на то, что матки M. ibericus производят на свет самцов двух видов.

Обычные самцы муравьев, выведенные из неоплодотворенных яиц, имеют материнский геном. Однако полученные результаты говорят о том, что матки M. ibericus могут производить самцов, не передавая свой геном, а используя геном самца.

Подобные явления мужской клональности (андрогенеза) описаны для ряда других групп животных. Обычно андрогенез происходит или при оплодотворении безъядерной яйцеклетки, или при потере материнского генома после оплодотворения. (Митохондриальный геном, естественно, остается материнским.) У муравьев известны случаи клонирования самцов своего вида. Новые данные свидетельствуют о том, что это явление преодолело межвидовой барьер.

 Credit: Nature, 2025, DOI:  10.1038/s41586-025-09425-w |  CC BY 4.0

В подтверждение этого объяснения генотипирование спермы из сперматеки маток M. ibericus выявило генотипы обоих видов.

По мнению авторов, самки M. ibericus сначала начали гибридизироваться с самцами M. structor в зонах сосуществования двух видов, а затем перешли к клонированию самцов из спермы, что позволило «вынести» гибридных рабочих за пределы ареала M. structor.

Такой сценарий подтверждается филогенетическим анализом M. structor в колониях их собственного вида и колониях M. ibericus. Среди них выделяются две линии — «дикого типа» и клональная, обладающая значительно меньшим генетическим разнообразием, а также выделяющаяся характерной безволосой морфологией. (Самцы M. structor дикого типа имеют опушение.) Среди самцов M. structor в колониях M. ibericus встречаются представители обоих линий (это говорит о том, что переход к клонированию произошел недавно), однако самцы «дикого типа» в этих колониях присутствуют только на тех территориях, где обитают оба вида.

Таким образом, описан первый случай, в котором живые организмы производят на свет потомство другого вида. Авторы называют это явление «одомашниванием генома» M. structor — генетический материал уже не «добывается в природе», а сохраняется в виде клональной линии. Не исключено, что именно возможность получения крупных и выносливых гибридных рабочих способствовала быстрому расширению ареала спермопаразитического вида.

Чтобы выяснить, могут ли клонированные самцы избежать «одомашненного» положения, спариваясь с дикими самками, авторы исследовали геномы 45 особей M. structor. Не было обнаружено ни одного гибрида между клонированными и дикими линиями, таким образом, гибридизация если и встречается, то крайне редко.

Интересно, что когда исследователи поместили муравьев M. structor, клонированных иберийскими муравьями-жнецами, в обычную колонию M. structor, они были уничтожены, хотя выглядели практически идентично «диким» сородичам. Клонированные муравьи несли на себе феромоны своих иберийских собратьев, поэтому с ними обращались как с врагами, говорит Ромигье.

Самки, клонирующие самцов другого вида, ранее не были известны. Хотя межвидовое клонирование мужского пола описано у хвойных деревьев и моллюсков, но в этих случаях мужской пол  использовал яйцеклетки другого вида, то есть жертвой паразитизма была самка. В данном случае клонирование самца другого вида выгодно для самки и ее потомства.

Самцы желтых сумасшедших муравьев — химеры

Партеногенез браминского слепуна