اجتماع مورچه‌ها

اولین مورچه‌های اصلاح ژنتیکی شده روشن می‌کند که جوامع پیچیده حشرات چگونه است

هر کلونی مورچه‌ها اعجابی از همکاری است، که هر مورچه‌ای کارهای تعیین شده‌اش را در هم آهنگی نزدیکی با خواهرانی که  در یک کلونی (جمعیت) هستند انجام می‌دهد که بعضی اوقات از آن به نام «سوپر ارگانیسم» یاد می‌شود. اکنون پژوهشی جدید روی اولین مورچه‌های اصلاح ژنتیکی شده دریافت که گروه گرایی مورچه‌ها وابسته به حس بویایی‌شان است. این یافته مدارک کلیدی از اینکه چگونه رفتار اجتماعی در مورچه‌ها تکامل یافته است را فرآهم می‌سازد.

«این یک پیشرفت غیر منتظره در زیست‌شناسی اجتماعی است.» این گفته برت هولدولبر، زیست‌شناس رفتاری در دانشگاه ایالتی آریزونا  است که در این کار درگیر نبود. قبل از این، هیچ کسی موفق نشده بود مورچه‌ها را برای مطالعه اصلاح ژنتیکی کند.

زیست‌شناسان به عقب باز می‌گردند جایی که چارلز داروین نظریه تکامل رفتار اجتماعی را ارائه داده بود که ارگانیسم‌های متفاوتی چون مورچه‌ها و انسان از گروه‌های منسجمی هستند که با یکدیگر  کار می‌کنند و بعضی اوقات اجازه می‌دهند یک یا چند فرد همه این تکثیر را انجام دهد. مطالعه‌ها روی زنبور عسل‌ها نکات امیدوار کننده‌ای از اینکه چه ژن‌هایی در اجتماعی‌سازی حشرات نقش داشته‌ است فرآهم آورد، اما متصل کردن کارکردهای ژن‌های زنبور عسل‌ها  به دیگر حشراتی مانند مورچه‌ها بسیار مشکل بود. این باعث می‌شد که پژوهشگران هیچ روش خوبی برای اختلال سازی ژن‌های مورد علاقه (روشی که به آسانی در موش‌ها می‌تواند انجام شود) یا حتی گریزاندن ژن‌های درگیر نداشته باشند.

حشرات اجتماعی مخصوصا برای اصلاح ژنتیکی سخت هستند. حتی اگر دانشمندان بتوانند ژنوم‌های یک مورچه را اصلاح کنند، «تخم‌های مورچه‌ها بسیار حساس هستند و بدون کارگرها مشکل‌ها برمی‌خیزد،» بنابراین سخت است که یک تخم مورچه اصلاح ژنتیکی شده زنده بماند. این‌ها توضیحات لارنت کالر، زیست‌شناس تکاملی دانشگاه لوزان در سوئیس است. همچنین، چرخه زندگی اجتماعی حشرات به قدری پیچیده است که به دست آوردن کمیت‌های بزرگ فرزندان متولد شده اصلاح ژنتیکی شده در چارچوب زمانی معقول دشوار است.

بنابراین دانیال کروناور، بیولوژیست تکاملی دانشگاه راکفلر در شهر نیو یورک تمرکزش را روی گونه‌ای که مورچه‌های مهاجم کلونی (Ooceraea biroi) صدا زده می‌شوند تغییر داد. بر خلاف دیگر حشرات، این مورچه‌های مهاجمی کلفت در کلون‌هایشان ملکه ندارند؛ در مقابل هر یک تخم‌های بارور نشده را دفن می‌کنند و کلون‌ها  توسعه می‌یابند. یعنی زمانی که پژوهشگران یک ژنوم یک مورچه را اصلاح  کردند، می‌توانند به سرعت نوع اصلاح شده ژنتیکی را متولد کنند. «برای اکثر انواع مورچه‌ها انجام ژنتیک‌های واقعی اساسا غیر ممکن است»، چون  پیچیدگی‌های سر و کار داشتن با تخم‌ها و نوزادها می‌تواند سال‌ها طول بکشد تا یک نوع اصلاح شده ژنتیکی به دست بیاید، کروناور گفت، اما چون این‌ها مورچه‌ها کلون‌ها هستند، «این نوع به ما اجازه گرفتن میانبر می‌دهد.»

برای اصلاح ژن‌های مورچه‌های مهاجم، وارینگ ترایبل، دانشجوی ارشد کروناور و لئونورا اُلیواس، دستیار پژوهشی، از CRISPR، (تکنیک اصلاح ژنی که تغییر ژن‌ها را بسیار آسان‌تر از قبل می‌سازد) استفاده کردند. اما هنوز احتمالات در مقابل آنها بودند.

در طی دوسال، این پژوهشگران یاد گرفتند که تخم‌های موجود، ماده شیمایی‌ای را ترشح می‌کنند که مانع دیگر بزرگسالان از تخم‌ گذاری می‌شوند. زمانی که این دانشمندان این قضیه را کشف کردند، دریافتند که می‌توانند مورچه‌ها را منزوی کنند، تولید تخم‌ها را همگام‌سازی و تعداد مورد نیاز را دریافت کنند. اما برای لمس درست و بدون آسیب زدن به تخم‌ها مجبور شدند ۱۰ هزار آزمون‌طراحی کنند که در هر آزمون تخم‌ها را از اسلایدها عبور می‌دادند، به آنها مواد ژنتیکی تزریق می‌کردند و آنها را برای تبدیل شدن به نوزاد می‌پروراندند. سپس در طی ماه‌ها یاد گرفتند که چطور نوازاد‌ها متولد شده، به یک کلونی مورچه برمی‌گردند و مورچه‌های آنجا از آنها مراقبت می‌کنند. راز این کار قرار دادن مورچه‌های در دسته‌های ۱۰ تایی بود.

برای بیشتر حیوانات، از جمله موش‌ها، تولید یک جانور با ژنوم اصلاح شده فقط چند مرحله دارد که ممکن است نیاز به تعدادی زایش‌ها برای تضمین همه فرزندان اصلاح داشته. این گام در حشرات اجتماعی اگر نگوییم سال‌ها، ماه‌ها به طول می‌انجامد. اما چون این مورچه‌های مهاجم کلونال هستند، ترابل به آسانی توانست اولین فرزندان را برای هر تاثیر آزمون کند.

ترایبل ژنی را به نام اُرکو (orco) را مختل کرد. این ژن پروتئین‌های ضروری برای عملکرد سلول‌های عصبی سنجش بو که در شاخک‌های مورچه قرار دارند را تولید می‌کند. این سلول‌ها که گیرنده‌های بودار صدا زده می‌شوند یکی از چندین نوع حسگرهایی هستند که ماده شیمیایی به نام فرومون‌ها را کشف می‌کنند که در مورچه‌ها و دیگر حیوانات برای ارتباطات استفاده می‌شود. مورچه‌ها بیشتر از دیگر حشرات گیرنده‌های بو دار دارند، (حداقل ۳۵۰ برابر بیشتر از مگس سرکه) در حالی که تعداد انواع دیگر حسگرها در آنها و دیگر حشرات یکسان هستند. بنابراین کروناور متعجب بود که آیا ممکن است این گیرنده‌های بودار سیستم‌های اجتماعی پیچیده مورچه‌ها را ساخته باشند.

کالبد شکافی مغز و رفتار مورچه‌های مهاجم نشان داد،  این تعداد فزاینده گیرنده‌های بودار نقش اصلی را بازی می‌کنند. مورچه‌های بزرگسال جوان که رنگی شفاف‌تر دارند گرایش دارند ماه اول را نزد جفتشان لانه کنند، اما مورچه‌های تراریخته (اصلاح ژنتیکی شده) به محض نزدیک شدن به دیگر مورچه‌ها فوری شروع به سردرگمی در اطراف کردند، این گزارش آخرین هفته پیش در ژورنال بیو رکسیو منتشر شد. ترایبل می‌گوید «نوازد مورچه‌هایی دیده شد که عجیب و غریبانه در اطراف می‌گشتند.» مورچه‌های تراریخته شده در دنبال کردن مسیر تخم‌های گذاشته شده توسط دیگر مورچه‌ها ناموفق بودند. چسپیدن به یکدیگر و دنبال کردن مسیرها، رفتارهایی است که یک کلونی را منسجم و همکار با یکدیگر نگه می‌دارد.

این مورچه‌های معمولا در طولانی مدت ضعیف می‌شوند. مورچه‌های مهاجم کلونال معمولا هر دو هفته ۶ تخم می‌گذارند، در حالی که مورچه‌های تراریخته‌ها در این مدت تنها ۱ تخم گذاشتند. و تراریخته‌ها پس از ۲ تا ۳ ماه مردند، در حالی که معمولی‌ها عمرشان بین ۶ تا ۸ ماه است.

حتی چیزهای شگفت‌انگیزتری از تاثیر اصلاح ژنتیکی بر مغز یافت شد. انتهای عصب هر نوع گیرنده بو دار به کلوسترهایی به نام گلومرول برخورد می‌کند. زمانی که دیگر محقان ژن اُرکا (orca) از مگس سرکه برداشتند، گلومروال آنها بی تاثیر بود. اما در مورچه‌ها، این گلومرول هرگز شکل نگرفت. چیزی که تنها در بخش معادل مغز موش زمانی که ژن های مشابه حذف می‌شوند روی می‌دهد.

این «نتیجه‌‌ٔ چشم باز واقعی بود» این را جنی رابینسون، پژوهشگر ژنومیک رفتاری در دانشگاه ایلینوی گفت که در این مطالعه درگیر نبود. «این فرصتی برای مقایسه و اندازه‌گیری رشد مغز در نژادهای مختلف را فرآهم می‌آورد.» چنین مقایسه‌هایی می‌تواند برای ارزیابی چگونگی تکامل یافتن مغز برای مدیریت رفتارهای پیچیده دیده شده در حیوانات اجتماعی مهم باشد، و برای بررسی جنبه کلیدی دیگری از تکامل اجتماعی در مورچه‌ها و دیگر نوع‌ها مفید باشد.

منبع: ساینس

دیدگاه‌تان را بنویسید: