در نگاه اول، مورچهها موجوداتی کوچک و ساده به نظر میرسند. اما زمانی که دانشمندان رفتار آنها را با دقت بررسی میکنند، با جوامعی پیچیده، سیستمهای ارتباطی پیشرفته و حتی درگیریهای طولانیمدتی مواجه میشوند که شباهت زیادی به جنگ دارند.
دو پژوهش جدید یکی از این درگیریها را بررسی کردهاند و به نتیجهای شگفتانگیز رسیدهاند. اقلیم تنها تعیین نمیکند مورچهها کجا زندگی میکنند، بلکه بر نحوه مبارزه، شیوه ارتباط و حتی تغییرات ژنتیکی آنها در طول زمان اثر میگذارد.
این تحقیقات توسط پژوهشگران دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینتس (JGU) و مرکز پژوهش تنوع زیستی و اقلیم زنکنبرگ انجام شده است. آنها نبردی طولانیمدت میان دو گونه مورچه را مطالعه کردهاند.
یکی از این گونهها نقش میزبان را دارد و گونه دیگر بهعنوان یک انگل اجتماعی عمل میکند. نتایج این مطالعات نشان میدهد دما و رطوبت نقش تعیینکنندهای در شکلگیری این درگیری در مناطق مختلف دارند.
زمانی که مورچهها به دشمن تبدیل میشوند
پروفسور سوزانه فویتسیک نویسنده ارشد هر دو پژوهش و رئیس بخش بومشناسی رفتاری و تکامل اجتماعی در دانشگاه JGU است.
«اقلیم بهوضوح تغییرات رفتاری میزبان و انگل را بهتر از میزان فراوانی انگل توضیح میدهد.»
این درگیری میان دو گونه نزدیک به هم از مورچهها رخ میدهد. گونه میزبان Temnothorax longispinosus نام دارد.
گونه انگل Temnothorax americanus است که اغلب با عنوان «مورچه بردهدار» شناخته میشود. این نام شاید اغراقآمیز به نظر برسد، اما رفتار این گونه را بهخوبی توصیف میکند.
مورچه انگل به لانه میزبان حمله میکند و نوزادان مورچهها که به آنها «brood» گفته میشود را میرباید. این مورچههای ربودهشده در کلنی انگل رشد میکنند و مانند اعضای همان کلنی کار میکنند.
آنها غذا جمعآوری میکنند، از نوزادان مراقبت میکنند و به بقای کلنی انگل کمک میکنند. در مقابل، مورچههای میزبان نیروی کار آینده خود را از دست میدهند و کلنی آنها تضعیف میشود.
همین موضوع باعث میشود این رابطه بهشدت تنشزا باشد. مورچههای میزبان باید از لانه خود دفاع کنند و مورچههای انگل ناچارند حملات خود را با دقت برنامهریزی کنند. پرسش اصلی دانشمندان این بود که چرا این نبرد در مناطق مختلف به شکلهای متفاوتی دیده میشود.
نقش اقلیم در شکلدهی رفتار مورچهها
برای پاسخ به این پرسش، پژوهشگران ده جمعیت مورچه را در طول مسافتی حدود هزار کیلومتر در ایالات متحده بررسی کردند.
برخی از این جمعیتها در مناطق گرم و خشک جنوب زندگی میکردند و برخی دیگر در نواحی خنکتر و مرطوب شمال.
تمام کلنیها به آزمایشگاه منتقل شدند و به مدت یک سال تحت شرایط کاملاً یکسان نگهداری شدند. این مرحله اهمیت زیادی داشت، زیرا اثرات کوتاهمدت آبوهوا را حذف میکرد.
بنابراین هر تفاوتی که بعدها مشاهده شد، نتیجه سازگاریهای بلندمدت بود، نه مواجهه اخیر با شرایط محیطی.
جنگ مورچهها زیر سایه اقلیم
با آغاز آزمایشها، الگوهای روشنی آشکار شد. رفتار مورچهها بیش از تعداد انگلها از اقلیم تبعیت میکرد.
«جمعیتهای میزبان و انگل از نظر میزان پرخاشگری، شدت یورشها و پروفایلهای شیمیایی تفاوت دارند و این تفاوتها مطابق با شیب دما و رطوبت تغییر میکند.»
در مناطق گرمتر و خشکتر، مورچههای میزبان پرخاشگری کمتری نشان میدادند. آنها اغلب بهجای درگیری مستقیم، نوزادان خود را برداشته و از لانه فرار میکردند. این راهبرد اگرچه شدت برخورد را کاهش میداد، اما بدون خطر نبود.
در همین مناطق گرم، مورچههای انگل رفتاری کاملاً متفاوت داشتند. آنها فعالتر بودند و در زمان حمله پرخاشگری بیشتری نشان میدادند.
در مناطق خنکتر و مرطوبتر، وضعیت برعکس میشد. مورچههای میزبان با شدت از لانه دفاع میکردند و مورچههای انگل محتاطتر عمل میکردند و حملات جسورانه کمتری انجام میدادند.
بهنظر میرسد اقلیم در هر منطقه، توازن قدرت را به شکلی متفاوت تغییر میدهد.
ارتباط شیمیایی؛ زبان اصلی مورچهها
مورچهها بهشدت به ارتباط شیمیایی متکی هستند. آنها از موادی مومیشکل روی بدن خود به نام هیدروکربنهای کوتیکولی استفاده میکنند.
این مواد به شناسایی اعضای کلنی کمک میکنند، از خشک شدن بدن جلوگیری میکنند و در زمان حمله یا دفاع نقش کلیدی دارند.
پژوهشگران دریافتند که این پروفایلهای شیمیایی بهطور قابل پیشبینی در امتداد شیب اقلیمی تغییر میکنند. مورچههای مناطق گرم سیگنالهای شیمیایی متفاوتی نسبت به مورچههای مناطق خنک داشتند.
از آنجا که همه مورچهها یک سال در شرایط یکسان آزمایشگاهی زندگی کرده بودند، این تفاوتها ناشی از آبوهوای اخیر نبود.
این ویژگیها حاصل تکامل ژنتیکی و انتقال صفات در نسلهای متعدد بودند. اقلیم در سطحی عمیق، نحوه ارتباط مورچهها را شکل داده است.
نگاهی عمیقتر به ژنها
پژوهش دوم با بررسی ژنها گام فراتری برداشت. پژوهشگران با استفاده از توالییابی کامل ژنوم و ترنسکریپتومیکس، تأثیر انتخاب طبیعی بر هر دو گونه را در اقلیمهای مختلف بررسی کردند.
«ما به یک موزاییک جغرافیایی از همتکاملی رسیدیم که در آن جمعیتهای انگل از نظر ژنتیکی بین مناطق تفاوت بیشتری نسبت به جمعیتهای میزبان دارند.»
مورچههای انگل تفاوتهای ژنتیکی منطقهای بیشتری نشان دادند، در حالی که هر دو گونه ژنهای مرتبط با بقا در شرایط اقلیمی را بهطور مشترک داشتند.
اقلیم پایههای بقا را همسو میکند، اما درگیری زیستی مسیر تکامل را از هم جدا میسازد.
تکامل متفاوت میزبان و انگل
در مورچههای میزبان، انتخاب طبیعی بیشتر بر ژنهای مرتبط با سیگنالدهی و حسکردن مواد شیمیایی متمرکز بود. این ژنها به مورچهها کمک میکنند مهاجمان را سریعتر شناسایی کرده و واکنش نشان دهند.
برخی از این ژنها معمولاً در مقابله با باکتریها یا میکروبها نقش دارند، اما در اینجا برای مقابله با گونهای دیگر از مورچهها بهکار گرفته شدهاند.
در مقابل، مورچههای انگل مسیر متفاوتی را طی کردند. انتخاب طبیعی در آنها بیشتر بر ژنهای تنظیمی متمرکز بود که نحوه اجرای یورشها را کنترل میکنند.
این ژنها هماهنگی حرکت، زمانبندی و رفتار در هنگام حمله را ممکن میسازند. انگلها بهجای تقویت شناسایی، اجرای حمله را بهینه کردهاند.
الگوهای فعالیت ژنی نیز این تفاوت را تأیید میکند.
«در میزبانها، فعالیت ژنها بیشتر بازتابدهنده میزان حضور انگل در هر منطقه است، اما در انگلها، اقلیم محلی تأثیر بسیار قویتری دارد.»
این نتیجه نشان میدهد میزبانها مستقیماً به سطح تهدید پاسخ میدهند، در حالی که انگلها بیشتر به شرایط محیطی وابستهاند که توان حمله آنها را شکل میدهد.
چرا بو اهمیت حیاتی دارد
پژوهشگران همچنین ارتباطی میان ژنهای تولیدکننده سیگنالهای شیمیایی و ژنهای تشخیصدهنده آنها پیدا کردند.
تغییرات نهتنها در آنزیمهای سازنده این مواد دیده شد، بلکه در ژنهای گیرنده بویایی که امکان تشخیص این سیگنالها را فراهم میکنند نیز مشاهده شد.
این یافته اهمیت حیاتی ارتباط شیمیایی در این درگیری را برجسته میکند. مورچهها بر اساس آنچه بو میکشند، تصمیم میگیرند حمله کنند، فرار کنند یا دفاع نمایند.
تکامل بارها این سیستمها را هدف قرار میدهد، زیرا حتی تغییرات کوچک میتواند سرنوشت یک کلنی را رقم بزند.
تکامل مورچهها و انگلها در کنار هم
در مجموع، این دو پژوهش نشان میدهند که چگونه محیط و درگیری زیستی بهطور همزمان مسیر تکامل را شکل میدهند.
اقلیم بهتنهایی عمل نمیکند و تعارض زیستی نیز مستقل نیست. این دو عامل با هم عمل میکنند و گونهها را وادار میسازند بسته به محل زندگی خود، به شیوهای خاص سازگار شوند.
«سیستمهای میزبان–انگل نمونههای کلاسیک مسابقه تسلیحاتی تکاملی هستند. از آنجا که هر دو گونه برای شناسایی یکدیگر به ارتباط شیمیایی متکیاند، این تعامل چارچوبی قدرتمند برای پژوهشهای آینده درباره همتکاملی مولکولی فراهم میکند.»
این پژوهش در مجله Journal of Evolutionary Biology منتشر شده است.
