蚁科的跨物种克隆让同一只雌蚁生下两个物种
‘One mother for two species via obligate cross-species cloning in ants’

在普遍认知里,生物体通常会产生同物种后代.但在这篇论文里,昆虫学家们报告了伊比利亚收获蚁(Messor ibericus)对这种常态的颠覆,这种蚂蚁会产下来自两个不同物种的后代.雌性伊比利亚收获在生命周期中必须克隆生殖工匠收获蚁(Messor structor)的雄性,因为它们需要对方的精子来产生工蚁.因此由同一母亲生下的雄性表现出不同的基因组和形态,属于500多万年前就已分化的不同物种.该系统的演化史表现为从生殖寄生到演变为跨物种克隆的自然案例,从而维持了通过不同物种的卵细胞克隆的纯雄性谱系.研究者将表现出这种生殖模式的雌性称为异种生育雌性(xenoparous),这意味着它们会在生命周期中生育其他物种的个体.

在这种场景的祖先状态下,伊比利亚收获蚁直接利用工匠收获蚁群的精子,正如在其它收获蚁物种中观察到的那样.而在衍生状态下,伊比利亚收获蚁后直接繁殖它们所依赖的物种,从而形成在蚁群中维持工匠收获雄蚁的克隆谱系.雄性膜翅目昆虫通常通过未受精卵从母体遗传其核基因组,而这里的研究结果表明,伊比利亚收获蚁后无需传递其核基因组即可产生雄性.这种观察结果指向雄核发育,即雄性为胚胎提供核遗传物质的唯一来源.

虽然克隆出来的雄性被困在利用其精子物种的生命周期中.但它们通过与伊比利亚收获蚁的繁殖努力和亲代照料来繁殖其基因组,从某种意义上说成为了生殖寄生的完美形式.它们对雌性宿主至关重要并以牺牲卵细胞为代价进行繁殖.通过依赖彼此的配子,这两个物种的生命周期交织在一起,从生殖寄生演化到生殖上的共同依存.尽管如此,雌性似乎在某种程度上控制着这种关系的走向,因为研究者关于发育基因分型的数据表明,雌性决定了雄卵发育和成熟的时间.这种情况似乎类似于生殖驯化,因为伊比利亚收获蚁似乎控制着它从野外利用物种的繁殖.

另一方面.虽然似乎符合驯化的标准,但这种关系比一般意义上的驯化与共生例子似乎显得更亲密和融合.这里的两个物种都是互相专性的交配对象,主导驯化的物种通过自己的卵细胞质直接克隆被驯化物种,这种在自身细胞质中对外来基因组的复制呼应了真核细胞中细胞器例如线粒体的内共生驯化.因此,这种克隆出来的雄性可以被视为超个体水平的细胞器,这是把外来基因组整合到直接复制它的群落中的结果.

这导致群落产生了最大的个体多样性,在性别,分工和物种方面各不相同;不同个体在生殖单元中发挥着专门的作用.这篇研究除了展示一个物种需要克隆另一物种的生殖模式外,这种’双物种超个体’还挑战了个体性的通常界限.当不同的实体演化成综合的更高层次单位时,两个物种在这样的综合实体中演化出生殖上的相互依存.因此异种生育的演化过程体现了这种过渡如何通过生殖驯化发生.

作者Y. Juvé, C. Lutrat, A. Ha, A. Weyna, E. Lauroua, A. C. Afonso Silva, C. Roux, E. Schifani, C. Galkowski, C. Lebas, R. Allio, I. Stoyanov, N. Galtier, B. C. Schlick-Steiner, F. M. Steiner, D. Baas, B. Kaufmann & J. Romiguier,发表于Nature