Секрет успеха термитов: как потеря генов создала сверхсложное общество

Термиты – одни из самых успешных животных на планете, способные создавать огромные сообщества, насчитывающие миллионы особей. Но как такие сложные социальные системы развились из одиночных предков, похожих на современных тараканов? Новое исследование Сиднейского университета дает неожиданный ответ: термиты стали социально сложнее не за счет приобретения новых генов, а в результате их утраты – включая гены, связанные с конкуренцией сперматозоидов.

Международное исследование, опубликованное в журнале Science, прослеживает эволюцию термитов от обычных тараканов, которые начали питаться мертвой древесиной. Этот диетический сдвиг запустил каскад генетических и социальных изменений, которые в конечном итоге привели к появлению термитов и их высокоорганизованных колоний. Для этого ученые сравнили геномы тараканов, древесных тараканов – близких родственников, живущих небольшими семейными группами, – и нескольких видов термитов с разным уровнем социальной сложности.

Одним из самых поразительных открытий стало то, что геномы термитов и древесных тараканов оказались меньше и проще, чем у их предков-тараканов. Множество генов, связанных с метаболизмом, пищеварением и размножением, были утеряны по мере того, как термиты становились все более зависимыми от сотрудничества и разделения пищи внутри колонии. «Удивительный результат заключается в том, что термиты повысили свою социальную сложность, потеряв генетическую сложность», – отмечает профессор Натан Ло из Сиднейского университета. Это противоречит распространенному мнению, что более сложные общества животных требуют и более сложных геномов.

Наиболее показательной стала потеря генов, отвечающих за формирование хвоста, или жгутика, сперматозоида. В отличие от тараканов и большинства других животных, сперматозоиды термитов лишены хвостов и неподвижны. По словам ученых, эта потеря не является причиной моногамии, а скорее служит убедительным доказательством того, что моногамия уже была свойственна их предкам. У большинства видов, включая тараканов, самки спариваются с несколькими самцами, что создает жесткую конкуренцию спермы и поощряет наличие быстрых сперматозоидов с хвостами. Но как только предки термитов стали моногамными, эта конкуренция исчезла, и хвосты стали не нужны.

Это открытие напрямую связано с давними научными дебатами о том, является ли близкое генетическое родство обязательным условием для эволюции сложных социальных систем. Результаты исследования убедительно свидетельствуют о том, что для термитов моногамия и высокое родство были решающими факторами. Когда король или королева термитов умирает, их роль обычно занимает один из их потомков, что приводит к широкому распространению инбридинга внутри колоний и еще больше усиливает генетическое родство.

Исследование также объясняет, как организованы сообщества термитов изнутри. Оказалось, что судьба молодой особи – стать рабочим или будущим королем или королевой – во многом зависит от питания на ранних стадиях развития. Личинки, получающие обильную пищу от старших собратьев, развивают высокий энергетический метаболизм и становятся рабочими, которые не размножаются. Те же, кто получает меньше еды, поначалу растут медленно и сохраняют потенциал стать репродуктивными особями в будущем. Эти петли обратной связи, основанные на разделении пищи, позволяют колониям точно настраивать свою «рабочую силу» и поддерживать стабильность и эффективность на протяжении долгого времени.