Las hormigas locas amarillas invasoras crean “quimeras” masculinas para reproducirse

Las hormigas locas amarillas rompen las reglas de reproducción.

Cada hormiga macho contiene poblaciones separadas de células de dos líneas genéticas diferentes, convirtiéndolos en “quimeras”, informan los investigadores en Science el 7 de abril. Las hormigas locas amarillas (Anoplolepis gracilipes) son las primeras especies conocidas que requieren quimerismo para producir machos fértiles.

Es “una respuesta elegante a los tipos de sistemas de apareamiento inusuales que hemos visto en otras hormigas”, dice el genetista evolutivo Waring “Buck” Tribble de la Universidad de Harvard, que no participó en el estudio. “Podríamos pensar en esto como el próximo paso evolutivo” para las hormigas.

La mayoría de los animales se desarrollan a partir de un espermatozoide y un óvulo que se fusionan en uno, combinando su ADN. A medida que la criatura crece, todas las células subsiguientes, excepto las células germinales, portan dos conjuntos de cromosomas que contienen ADN, uno de cada progenitor. En otras palabras, todas estas células somáticas portan la misma información genética. El esperma y los óvulos contienen solo un juego de cromosomas.

Pero en muchas hormigas, así como en otros insectos como avispas y abejas, solo las hembras tienen células somáticas con pares de cromosomas. Los machos generalmente se desarrollan a partir de huevos no fertilizados. Por lo tanto, sus células somáticas contienen solo un juego de cromosomas.

Sin embargo, un estudio de 2007 encontró que aproximadamente la mitad de las hormigas locas amarillas macho tenían dos copias diferentes de los mismos genesasí como hormigas obreras hembras de esta especie.

Pero “no tenía sentido que todos los machos de esta especie fueran diploides” o que tuvieran dos juegos de cromosomas en cada célula somática, dice el biólogo evolutivo Hugo Darras de la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz, Alemania. Cuando esto sucede en otras hormigas, los machos suelen ser estériles, dice. “Nadie tenía una explicación”.

Así que Darras y sus colegas recolectaron cientos de hormigas locas amarillas del este y sureste de Asia. El análisis de las hembras —reinas y obreras— reveló que el individuo real de esta especie tiene una fuente genética. Las reinas reproductivas resultaron de la fusión de espermatozoides y óvulos de una línea, que los investigadores llamaron R. Las reinas obreras eran híbridos de dos líneas diferentes, las otras se llamaban W. En otras palabras, las obreras tenían genomas R/W, mientras que las reinas obreras eran híbridos de dos líneas diferentes, las otras se llamaban W. las reinas tenían genomas R. /R.

Según un estudio anterior, los investigadores identificaron machos R/W. Pero también encontraron que las células somáticas masculinas tienen solo un conjunto de cromosomas, como en otras especies de hormigas. La extracción de ADN de células individuales reveló que, en lugar de tener pares de cromosomas dentro de la célula, cada célula contenía cromosomas de solo uno de los dos linajes.

Otros experimentos revelaron que las células R y W se distribuyen de manera desigual en todo el cuerpo de los machos. Si bien la mayor parte del cuerpo contenía la mayoría de las células R, casi el 75 por ciento según las muestras de tejido, la proporción casi se invirtió en el esperma, con un 65 por ciento de células W.

Ilustración de cinco hormigas locas amarillas macho dispuestas tres en una fila en la parte superior y dos en la parte inferior.  Los puntos morados representan el porcentaje de ADN R en cada hormiga y los puntos cianLas hormigas locas amarillas macho heredan tanto el ADN W como el R. Pero en lugar de estar emparejados dentro de las células, estos genomas permanecen separados y ocupan diferentes células. Estas células W y R están distribuidas de manera desigual en todo el cuerpo, y esta distribución difiere entre individuos, según ha revelado un nuevo análisis genético. Cinco machos representativos (ilustrados) muestran variación en la proporción de células con ADN R o W encontradas en diferentes tejidos.H. Darras et al/Science 2023 Las hormigas locas amarillas macho heredan tanto el ADN W como el R. Pero en lugar de estar emparejados dentro de las células, estos genomas permanecen separados y ocupan diferentes células. Estas células W y R están distribuidas de manera desigual en todo el cuerpo, y esta distribución difiere entre individuos, según ha revelado un nuevo análisis genético. Cinco machos representativos (ilustrados) muestran variación en la proporción de células con ADN R o W encontradas en diferentes tejidos.H. Darras et al./Ciencia 2023

Dado que tanto las obreras como los machos provienen de la fusión del espermatozoide W con los óvulos R, el sexo depende de si se fusionan sus paquetes o núcleos de ADN. La fusión crea una hembra. Pero la imposibilidad de fusión lleva a que los dos núcleos se dividan por separado en el mismo huevo, formando un macho.

No está claro por qué surgió este método de reproducción nunca antes visto en estas hormigas. “Al negarse a fusionarse con el huevo, [the sperm] podría aumentar su rendimiento reproductivo”, dice Trible. Las hormigas obreras son estériles y, por lo tanto, no pueden transmitir el gen W.

“Creemos que posiblemente sea una interacción entre dos genomas que están en conflicto pero que a veces cooperan”, dice Darras. Estos diferentes linajes podrían haber evolucionado de forma independiente en dos poblaciones de hormigas separadas que luego se entremezclaron. O podrían haber comenzado con genes similares que divergieron con el tiempo, agrega. “Pero parece que se separan genomas completos y no se intercambia material genético”.

Este extraño método de reproducción puede ser beneficioso para las poblaciones de hormigas, lo que le valió a la hormiga loca amarilla el título de una de las peores especies invasoras del mundo (SN: 15/09/09). Dado que la fusión de los núcleos R y W solo da como resultado trabajadores estériles, los genomas nunca pueden mezclarse y transmitirse a la siguiente generación. Por lo tanto, las hormigas evitan cualquier posibilidad de endogamia común a otras especies de hormigas invasoras (SN: 1/2/11).

Se han encontrado quimeras en otras criaturas, incluidos los humanos, pero generalmente por casualidad. Las hormigas locas amarillas son las primeras especies conocidas en las que el quimerismo determina el sexo. Pero algunos científicos creen que hay unas 20.000 especies de hormigas y que los sistemas reproductivos de la mayoría de ellas no han sido estudiados.

“Es un sistema muy especial”, dice el biólogo evolutivo Guojie Zhang de la Universidad de Zhejiang en Hangzhou, China, que no participó en el estudio. “La pregunta es con qué frecuencia se puede observar este sistema en otros linajes de hormigas”.

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