Sprawa dwóch żniwiarek, czyli udomowienie cudzych samców

Wstęp

Mrówki (Formicidae) są owadami z rzędu błonkówek (Hymenoptera) i infrarzędu żądłówek (Aculeata), blisko spokrewnionymi z osami, a nieco dalej – z pszczołami. Tak jak wiele innych żądłówek, mrówki są owadami społecznymi, a właściwie eusocjalnymi (skrajnie społecznymi). Polega to na tym, że oprócz różnych płci (męskiej i żeńskiej) w koloniach tych owadów istnieje podział na kasty: tylko mała część samic (królowe) zajmuje się reprodukcją, a pozostałe (robotnice) współpracują, utrzymując kolonię i opiekując się potomstwem. Podobnie jak w przypadku pszczół (których osobliwe życie seksualne opisywała Małgorzata Cebrat), samice mrówek (zarówno królowe, jak i robotnice) są diploidalne, czyli wyposażone w dwa zestawy chromosomów, a samce – haploidalne (posiadają tylko jeden taki zestaw). Oprócz DNA jądrowego, dziedziczonego w połowie po mieczu, a w połowie po kądzieli, każda mrówka, jak ogromna większość zwierząt, posiada DNA mitochondrialne, dziedziczone w całości po matce. To niby fakty elementarne, ale zapamiętajmy je, bo a nuż okażą się ważne.

Niektóre mrówki (także z rodzaju żniwiarek) uprawiają rodzaj pasożytnictwa płciowego: królowe odbywają gody z samcami innego gatunku, aby spłodzić z nimi samice hybrydowe (mieszańcowe), diploidalne, ale niezdolne do rozrodu, czyli nieprzekazujące swojego DNA kolejnym pokoleniom. Odznaczają się one za to różnymi praktycznymi zaletami jako robotnice − na przykład mogą dziedziczyć po ojcu przystosowania do warunków siedliskowych, w których ich macierzysty gatunek radzi sobie gorzej. Generalnie u błonkówek samce powstają z jaj niezapłodnionych, nie mogą więc być hybrydami i stuprocentowo należą do tego samego gatunku, co królowa (która sama też nie jest hybrydą).

Dziwny przypadek żniwiarek

Na południu Europy, w krajach śródziemnomorskich, żyje mrówka zwana żniwiarką iberyjską (Messor ibericus). Bardziej w głębi lądu żyje żniwiarka zwyczajna (Messor structor), której północna granica zasięgu zahacza o południową Polskę (aczkolwiek jest u nas skrajnie rzadka i notowana tylko sporadycznie). W południowo-wschodniej Francji i w rejonie alpejskim zasięgi obu gatunków nakładają się na siebie, ale na większości obszaru występowania M. ibericus (np. na Półwyspie Bałkańskim, Apenińskim i Iberyjskim) nie spotyka się M. structor i vice versa. Choć obie mrówki należą do tego samego rodzaju, występującego w Eurazji i Afryce, w jego obrębie nie są zbyt bliskimi krewnymi: szacuje się, że ich ostatni wspólny przodek żył około 6 mln lat temu.

Wstępne badania genetyczne żniwiarek ujawniły dość dziwny fakt: wskazywały na szeroko rozpowszechnione występowanie mieszańców żniwiarki iberyjskiej i zwyczajnej (czyli, jak już wiemy, hybrydowych robotnic) daleko poza strefą naturalnego współwystępowania obu gatunków. Aby wyjaśnić, jak może do tego dochodzić, w opublikowanym właśnie badaniu (Juvé et al. 2025) zbadano dokładniej strukturę genetyczną populacji pięciu europejskich gatunków rodzaju Messor. Okazało się, że wszystkie robotnice żniwiarki iberyjskiej są hybrydami, których ojcowie należeli do gatunku M. structor, natomiast poza dosłownie jednym osobnikiem robotnice pozostałych czterech żniwiarek należały do tego samego gatunku po ojcu i matce. Ale skąd się wzięli obcogatunkowi ojcowie na przykład na terenie Sycylii, ponad tysiąc kilometrów od najbliższego miejsca, gdzie można spotkać kolonie M. structor? Czyżby byli importowani na tak wielką odległość?

Coraz dziwniej i dziwniej

Przyjrzano się z kolei samcom w koloniach M. ibericus. I tu znów stwierdzono fakt osobliwy: wśród samców występowały z podobną częstością (44 : 56) dwa typy morfologiczne, jeden gęsto pokryty włoskami, drugi prawie nagi. Okazało się, że różnicy wyglądu odpowiadają różnice genetyczne: samce kosmate mają DNA jądrowe żniwiarki iberyjskiej, a nieowłosione – zwyczajnej. Innymi słowy, samce należą do dwóch różnych gatunków. Jak to możliwe, skoro samce rozwijają się z jaj niezapłodnionych i powinny z konieczności posiadać cechy tego samego gatunku, do którego należy królowa składająca te jaja? Jeśli poza obszarem występowania żniwiarki zwyczajnej nie ma królowych tego gatunku, skąd biorą się samce?

Samce M. structor występujące w gniazdach własnego gatunku mają DNA mitochondrialne również dziedziczone po królowych M. structor, czyli harmonizujące z DNA jądrowym. Natomiast bezwłose samce z gniazd M. ibericus mają mitochondria takie same jak M. ibericus, czyli niepasujące do ich genomu jądrowego. Jeśli wierzyć DNA jądrowemu, ich matką powinna być żniwiarka zwyczajna; jeśli zaś wierzyć DNA mitochondrialnemu, ich matką powinna być żniwiarka iberyjska. Wygląda to na sprzeczność logiczną, ale w naukach przyrodniczych zawsze się w końcu okazuje, że takie sprzeczności są pozorne i że istnieje jakieś racjonalne wyjaśnienie paradoksu.

Podsumujmy zatem, żeby się nie pogubić: Kolonie  M. ibericus są nietypowe pod względem genetycznym. Królowe należą do tego gatunku bez jakiegokolwiek „ale”. Wszystkie robotnice są diploidalnymi mieszańcami M. ibericus × structor. Natomiast haploidalne samce reprezentują mniej więcej pół na pół dwa gatunki: M. ibericus i M. structor. Jednak i królowe, i robotnice, i samce mają to samo DNA mitochondrialne.

Na tropie rozwiązania

Jak mawiał Sherlock Holmes: „Gdy wyeliminujesz niemożliwe, to, co pozostanie, jakkolwiek nieprawdopodobne, musi być prawdą”. Nawet przemycenie w jakikolwiek sposób osobników M. structor z Francji czy Austrii na Sycylię nie wyjaśniałoby obserwacji, bo jedne i drugie miałyby (niezależnie od płci) mitochondria żniwiarki zwyczajnej, a nie iberyjskiej. Pozostaje jedyne możliwe wyjaśnienie: Królowe żniwiarki iberyjskiej potrafią stać się matkami samców, którym nie przekazują swojego DNA (prócz mitochondrialnego).

Jak to zatem jest z tym mrówczym seksem? Po pierwsze – królowa może odbyć gody z samcem własnego gatunku. Z zapłodnionych w ten sposób jaj powstaje nowe pokolenie królowych. Po drugie – może odbyć gody z samcem z własnego gniazda, ale należącym do innego gatunku (żniwiarki zwyczajnej). Owocami tego związku są jaja, z których rozwijają się bezpłodne robotnice. Na razie wszystko jasne. A skąd biorą się samce? Mniej więcej połowa z nich powstaje w sposób tradycyjny dla mrówek: z niezapłodnionych jaj. Mają one DNA jądrowe żniwiarki iberyjskiej. No i tutaj docieramy do pytania kluczowego: skąd się w takim razie biorą samce z DNA jądrowym żniwiarki zwyczajnej?

Hm… A może hybrydowe samice nie są całkiem sterylne i zdarza się, że składają jaja, z których bez zapłodnienia wylęgają się samce? Ale wówczas samce (tak jak ich matki) miałyby po połowie DNA obu gatunków; tymczasem samce w gniazdach M. ibericus dzielą się na dwie wyraźnie odrębne grupy, z których każda należy pod względem genetycznym do innego gatunku. Jedynym możliwym źródłem DNA samców, które mają genom jądrowy M. ibericus, są samce poprzedniego pokolenia z takim samym genomem. A to może oznaczać tylko jedno: żniwiarka iberyjska potrafi jakimś cudem klonować samce żniwiarki zwyczajnej i utrzymuje je w swoich gniazdach, żeby wykorzystywać ich plemniki do płodzenia robotnic.

Samce dzikie i samce klonalne

Poddano zatem testom genetycznym jaja i larwy z gniazd żniwiarki iberyjskiej, a także odizolowano 16 królowych tego gatunku i sprawdzono złożone przez nie jaja. Okazało się że w obu przypadkach taki sam odsetek jaj lub larw (ok. 10%) zawiera wyłącznie DNA jądrowe żniwiarki zwyczajnej. A zatem samce z genomem M. structor wykluwają się z jaj składanych przez królową, nie przez robotnice. Zaobserwowano także, że w kontrolowanych warunkach hodowli laboratoryjnej wśród potomstwa królowej M. ibericus były zarówno samce kosmate z genomem M. ibericus, jak i nagie z genomem M. structor.

Aby ostatecznie zweryfikować  scenariusz zakładający klonowanie samców obcego gatunku, porównano samce M. structor z gniazd M. ibericus z samcami żyjącymi w gniazdach M. structor tam, gdzie M. ibericus nie występuje. Te pierwsze odznaczają się brakiem różnorodności genetycznej świadczącym o długotrwałym klonowaniu w izolacji od reszty populacji gatunku. U drugich występuje normalny poziom różnorodności, oczekiwany przy rozmnażaniu płciowym. Notabene, samce M. structor z gniazd własnego gatunku nie są bezwłose. Cecha ta utrwaliła się w populacji klonów, być może wskutek dryfu genetycznego. Bezwłose samce z gniazd M. ibericus stały się odrębną, niezależnie ewoluującą populacją bardzo dawno, prawdopodobnie niemal 3 mln lat temu.¹ Co ciekawe, tam, gdzie zasięgi obu żniwiarek pokrywają się geograficznie, królowe M. ibericus mogą zarówno korzystać z usług własnych bezwłosych samców, jak i udawać się na gody z samcami z gniazd M. structor. Na tym obszarze (i tylko tam) około 12% robotnic ma DNA nieklonowanych samców żniwiarki zwyczajnej.

Udomowienie i co z niego wynika

Autorzy porównują klonalną hodowlę samców obcego gatunku do procesu udomowienia. Zaczęła się ona zapewne jako typowe pasożytnictwo płciowe (wykorzystywanie spermy obcego, choć pokrewnego gatunku do produkcji bezpłodnych, lecz wydajnych robotnic), ale w jakimś momencie przebieg ewolucji zaczął się komplikować. Androgeneza, czyli dziedziczenie przez potomstwo wyłącznie genomu jądrowego ojca (plemnik zapładnia jajo pozbawione jądra lub materiał genetyczny matki zostaje usunięty) nie jest zjawiskiem niespotykanym, ale u mrówek do tej pory obserwowano ją tylko w obrębie jednego gatunku. Jednak w przypadku żniwiarek okazało się, że androgeneza międzygatunkowa  również jest możliwa. Jest to też rodzaj pasożytnictwa, ale w tym przypadku M. structor odgrywa rolę raczej pasożyta niż ofiary, bo samce tego gatunku zaczęły przedłużać istnienie swoich genomów, klonując się kosztem komórek jajowych M. ibericus.

To obustronne pasożytnictwo ewoluowało w kierunku mutualizmu, czyli wymiany usług przynoszącej korzyść obu stronom. Żniwiarka iberyjska musiała początkowo polegać na „dzikich” samcach żniwiarki zwyczajnej, aby płodzić robotnice na swój użytek. Kiedy jednak pozyskała własną, „udomowioną” populację tych samców, rozmnażaną klonalnie, bez udziału samic M. structor, mogła się uniezależnić od obecności gniazd partnerskiego gatunku i rozszerzyć swój zasięg na cały obszar otaczający Morze Śródziemne od północy, daleko poza tereny, na których występuje dzika żniwiarka zwyczajna. Autorzy określają taką sytuację – gdy cykl życiowy królowej wymaga produkowania samców nie tylko własnego gatunku, ale także i innego gatunku, potrzebnych dla właściwego funkcjonowania kolonii – angielskim terminem xenoparity, co na polski można przełożyć jako „cudzorodność”.

It′s complicated

Wbrew temu, co można przeczytać w doniesieniach prasowych, żniwiarki nie łamią żadnych „praw przyrody”, bo nie ma prawa głoszącego, że z jaj gatunku A nie może się rozwinąć osobnik gatunku B innego niż A. Rozmnażanie czy to płciowe, czy bezpłciowe w typowych przypadkach przebiega w sposób gwarantujący, że matka i jej potomstwo należą bezapelacyjnie do tego samego gatunku, izolowanego reprodukcyjnie od innych, ale w przyrodzie zawsze trzeba się liczyć z sytuacjami nietypowymi. Interakcje międzygatunkowe takie jak pasożytnictwo czy symbioza mogą powodować, że cykle życiowe różnych gatunków splatają się i zapętlają na rozmaite powikłane sposoby, o czym pisałem na naszym portalu wielokrotnie.² Komplikuje to samą definicję gatunku, ale ona i bez tego jest twardym orzechem do zgryzienia.

Przypisy

1. Klonalne samce Messor structor zaszły już dość daleko na drodze do stania się czymś bardzo szczególnym: osobnym gatunkiem złożonym wyłącznie z samców rozmnażających się klonalnie (lub płodzących sterylne hybrydy). Są już obecnie w praktyce izolowane od reszty gatunku, z którego się wywodzą. Za sprawą nagromadzonych różnic i niewłaściwych sygnałów feromonowych, jeśli je umieścimy w gnieździe M. structor, zostaną natychmiast rozpoznane jako obcy intruzi i zabite. ↩︎
2. Podkreślam jeszcze raz, tym razem zbierając już wszystko razem: każda kolonia żniwiarki iberyjskiej składa się z królowych należących do gatunku Messor ibericus, samców, które mniej więcej po połowie należą do gatunków M. ibericus i M. structor (populacja klonalna), oraz robotnic, które w większości miejsc są hybrydami M. ibericus (po matce) i klonalnego M. structor (po ojcu). Tam jednak, gdzie zasięgi gatunków się pokrywają, dodatkowo część robotnic może być hybrydami M. ibericus i dzikich (nieklonalnych) samców M. structor. W tej sytuacji samo określenie „kolonia M. ibericus” trzeba uznać za skrót myślowy, a nie precyzyjne określenie rzeczywistego stanu rzeczy. Jednoczesna obecność komponentów genetycznie należących do różnych gatunków oraz hybrydowych jest niezbędna dla przetrwania „superorganizmu” zwanego kolonią; nie można ich więc rozdzielić. ↩︎

Lektura dodatkowa

Omawiany artykuł: Juvé, Y., Lutrat, C., Ha, A. et al. 2025. One mother for two species via obligate cross-species cloning in ants. Nature (3 września, open access). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09425-w
Komentarz Nature: https://doi.org/10.1038/d41586-025-02807-0
Nature News and Views: https://www.nature.com/articles/d41586-025-02524-8

Opisy ilustracji

Ilustracja w nagłówku: Samce z kolonii żniwiarki iberyjskiej. Po lewej samiec z genomem M. ibericus, po prawej – z genomem M. structor. Różnice gęstości włosków i kształtu tułowia pozwalają je łatwo rozpoznać. Samce te są mają wspólną matkę i takie same mitochondria, ale ich jądrowe DNA dzieli 6 mln lat niezależnej ewolucji. Źródło: Juvé et al. 2025 (licencja CC BY 4.0).
Ryc. 1. Messor ibericus (żniwiarka iberyjska), a właściwie pod względem genetycznym hybryda M. ibericus i M. structor, ponieważ zdjęcie przedstawia robotnicę. Foto: clurarit (Jonghyun Park) 2024. Lokalizacja: Moguncja, Niemcy. Zasięg geograficzny żniwiarki iberyjskiej tworzy w tym regionie wybrzuszenie sięgające przez Bramę Burgundzką na północ, w głąb Nadrenii-Palatynatu (nie ma tam kolonii M. structor). Źródło: iNaturalist (licencja CC BY-NC 4.0).
Ryc. 2. Pasożytnictwo + pasożytnictwo = koewolucja i ścisły związek cykli życiowych. Rozwój „cudzorództwa” w koloniach M. ibericus. Źródło: Juvé et al. 2025 (licencja CC BY 4.0).

 

Autor

Piotr Gąsiorowski

Językoznawca specjalizujący się w językoznawstwie historycznym, badaniu zmian językowych i językoznawstwie ewolucyjnym. Miłośnik nauk ścisłych i przyrodniczych ze szczególnym naciskiem na biologię, nie tylko ze względu na jej powiązania z językoznawstwem i analogie między ewolucją organizmów i języków. Gorący zwolennik popularyzowania nauki i niezamykania się naukowców w wieży z kości słoniowej.
X (Twitter): @P_Gasiorowski,
BlueSky: @piotrgasiorowski.bsky.social‬

Ostatnie wpisy

Archiwum autora

• językoznawstwo9 lutego 2026Słowo stare, ale jare. Część 2: Moc młodości
• językoznawstwo28 stycznia 2026Słowo stare, ale jare. Część 1: Od wigoru do wieczności
• biologia16 stycznia 2026Bakterie? To nie takie proste. Część 3: Złożoność i adaptacja
• językoznawstwo29 grudnia 2025Etymologiczna opowieść zimowa. Część 5: Obmierzły mróz