Živela kraljica!

U društvima insekata, kraljice žive i do nekoliko godina, dok radnici žive nekoliko meseci. Šta nam ovi insekti mogu otkriti o starenju?

Prikaz kraljice(levo) i radnika(desno)

Izvor slike: https://sciencing.com/happens-queen-bee-dies-5159216.html 

Dr Bernadou i njegove kolege na Univerzitetu u Regensburgu su deo malog tima istraživača koji su se posvetili društvenim insektima — mravima, pčelama i termitima — kako bi  pomogli u otkrivanju misterija starenja ovih organizama. To je oblast u razvoju koja se retko pojavljuje na konferencijama o biologiji starenja, gde su u centru pažnje miševi, voćne mušice Drosophila i minijaturna nematoda Caenorhabditis elegans  koje su istraživači ispitivali više od pola veka kako bi saznali šta kontroliše njihov životni vek.

Mnogi koji proučavaju te vrste tek treba da se uvere da društveni insekti imaju nešto važno da doprinesu biologiji starenja. „Ti naučnici misle da je zabavno i vredno truda upoznati raznolikost starenja, ali sumnjaju da ćemo naići na velika otkrića u istraživanjima društvenih insekata, a koja su relevantna za njihov rad“, tvrdi biolog Dr Gro Amdam, koji proučava starenje pčela na Norveškom Univerzitetu Prirodnih Nauka i Državnom Univerzitetu u Arizoni.

Univerzitet u Regensburgu je dom više od 50 kutija crnih, veoma vitkih mrava. Poreklom iz Centralne Amerike, Platythyrea punctata razvio je veoma retku osobinu među mravima: sposobnost rađanja ženki iz neoplođenih jaja. Kolonija P. punctata može se u potpunosti sastojati od klonova, koje proizvode jedna ili dve dominantne ženke – kraljice.

Mravi sa jajima

Izvor slike: https://www.science.org/content/article/what-can-ants-bees-and-other-social-insects-teach-us-about-aging 

„Ono što je zaista fascinantno je to što su oni genetski isti, ali u zavisnosti od posla, oni će imati potpuno različite životne vekove“, izjavio je evolucioni biolog Dr Abel Bernadou. Članovi radne kaste kolonije, koji neguju leglo, love hranu i brane gnezdo, umiru u roku od 7 meseci, čak i kada su dobro hranjeni i zaštićeni u laboratoriji. Ali mravi u reproduktivnoj kasti, čiji je jedini posao da polažu jaja, mogu da žive od 10 do 16 meseci.

Podela uloga kod termita

Izvor slike: https://www.homestratosphere.com/types-of-termites/ 

Šta uzrokuje da neki mravi žive dvostruko duže od gnezda sa kojim dele potpuno isti genom? I kako reprodukcija, naporan proces koji ubrzava starenje kod većine životinja, može učiniti da ovi mravi žive duže?

Starenje je progresivni gubitak funkcija i performansi tokom vremena. Ono umanjuje sposobnost pojedinca da izdrži stres, bori protiv bolesti, zaceljuje rane ili uči nove veštine. Ali moramo li stariti? Zašto organizmi nisu evoluirali da bi zadržali svoju mladalačku snagu sve dok ne umru?

Naučnici tvrde da je starenje rezultat prirodne selekcije, koja favorizuje gene koji pomažu organizmu da preživi do reproduktivnog doba. Jednom kada pojedinac proizvede potomstvo, selekcija za preživljavanje slabi, što otvara vrata za akumulaciju štetnih genetskih efekata. Tada nastupa starenje.

Takođe su sugerisali da organizmi koji žive u nesigurnijim sredinama – na primer onim prepunim grabljivaca ili konkurenata – doživljavaju veću selekciju za preživljavanje i reprodukciju u ranom životu, po cenu bržeg starenja kasnije. Ova takozvana „hipoteza spoljašnje smrtnosti“ se često koristi da objasni zašto životinje koje lete, žive pod zemljom ili su otrovne (i kao rezultat toga se suočavaju sa manje pretnji) takođe žive duže i verovatno stare sporije.

U okviru društvenih vrsta insekata, životni vek reproduktivnih jedinki daleko premašuje životni vek onih koje ne proizvode potomstvo.

Fenotip kratkoživećeg radnika i dugoživeće kraljice

Izvor slike: https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-018-0489-1

Još 1990-ih, Dr Keler je shvatio da društveni insekti nude “zanimljiv način” za testiranje hipoteze o spoljašnjoj smrtnosti. Pretpostavlja se da su bezbedno smeštene u svojim gnezdima i čuvane od strane kaste radnika, kraljice mrava suočene sa mnogo manjim rizikom od napada i bolesti, a samim tim i od umiranja, u odnosu na insekate koji žive solitarnim životom.

Keler i njegov kolega Dr Mišel Đenoud prikupili su zapise o životnom veku matica kod 61 vrste mrava, termita i medonosnih pčela i uporedili ih sa odraslim jedinkama 81 vrste usamljenih insekata. U proseku, matice žive od 5 do 11 godina, dok pojedinačni insekti žive samo par meseci, što su i objavili u radu 1997. Sve je bilo onako kako je hipoteza predviđala – a rezultati njihovog istraživanja su pokrenuli dalje proučavanje starenja kod društvenih insekata.

Uprkos izazovima, naučnici počinju da povezuju obrasce starenja društvenih insekata sa osnovnim molekulima. Jedna neobičnost koju istražuju je veza između reprodukcije i dugovečnosti.

Kod većine životinja, visoka plodnost skoro univerzalno dolazi sa bržim starenjem; jelen, na primer, brže stari ako se rano razmnožava. Ali kraljice društvenih insekata odstupaju od trenda: reprodukcija produžava njihov životni vek, a ne da ga seče. Na primer, studija Hajnceovog tima iz 2005. otkrila je da su matice Cardiocondyla obscurior koje su se parile imale životni vek 44% duži od neoplođenih matica (26 nedelja u odnosu na 18), i to uprkos užurbanom načinu života ovih parenih matica: položile su do pet puta više jaja, i to bržim tempom, od matica koje se nisu parile ili su se parile sa sterilnim mužjacima.

Vrste koje su fakultativno socijalne bi mogle objasniti odstupanje od trenda

Izvor slike: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214574516300839 

Danas, sve više istraživača se interesuje za ovu oblast. Još uvek nemamo definitivan odgovor na pitanje zašto društveni insekti stare drugačije od ostalih životinja. Mnogi istraživači se nadaju da će primenom genetičkog inženjeringa, koja se od 2017. koristi na društvenim insektima, moći da vrše eksperimente i u realnom vremenu posmatrati starenje mrava, pčela i termita. 

Izvori:

• https://www.nature.com/articles/40130
• https://www.science.org/content/article/what-can-ants-bees-and-other-social-insects-teach-us-about-aging