Cum au ajuns furnicile să domine atât de multe ecosisteme după dispariția dinozaurilor. Foto: AI Furnicile au început să se diversifice rapid după dispariția dinozaurilor, iar un nou studiu sugerează că la baza acestui proces s-ar putea afla anumite secvențe neobișnuite din ADN. În urmă cu aproximativ 66 de milioane de ani, asteroidul care a contribuit la dispariția dinozaurilor a provocat schimbări majore în ecosistemele planetei. Odată cu dispariția numeroaselor specii, s-au creat condiții favorabile pentru apariția și răspândirea altora. Furnicile s-au numărat printre organismele care au profitat de aceste schimbări. În prezent, sunt cunoscute peste 15.000 de specii de furnici. O cercetare recentă indică faptul că o parte din succesul lor evolutiv ar putea avea legătură cu așa-numitele „gene săritoare”. Acestea sunt secvențe de ADN capabile să se copieze și să se deplaseze în diferite zone ale genomului. Oamenii de știință le numesc și elemente transpozabile. Studiul arată că, în grupurile de furnici care au astăzi cele mai multe specii, aceste elemente au trecut prin perioade intense de multiplicare cu puțin timp înainte ca respectivele grupuri să înceapă să se ramifice rapid. Genele săritoare au apărut înaintea diversificării speciilor Cercetătorii nu au demonstrat printr-un experiment direct că genele săritoare au provocat apariția unor noi specii. Dovezile provin din analiza arborelui evolutiv al furnicilor. Cu toate acestea, ordinea evenimentelor este interesantă. Mai întâi a crescut activitatea genelor săritoare, iar ulterior au apărut numeroase ramuri evolutive noi. Studiul a fost coordonat de Lukas Schrader, de la Institutul pentru Evoluție și Biodiversitate al Universității din Münster, Germania. La cercetare au participat și oameni de știință de la Universitatea din Copenhaga, Universitatea Zhejiang și alte instituții. Potrivit cercetătorilor, schimbările ecologice produse în urma impactului asteroidului au fost urmate de o perioadă de diversificare rapidă a furnicilor. Elementele transpozabile ar putea reprezenta mecanismul genetic care leagă cele două fenomene, conform earth.com. De ce sunt importante genele „săritoare” Genele săritoare au primit această denumire deoarece pot copia anumite secvențe de ADN și le pot insera în alte regiuni ale genomului. Mult timp, biologii le-au considerat un fel de paraziți genetici. Ideea era că aceste secvențe se multiplică în interiorul genomului fără să aducă un beneficiu organismului. În anumite situații, activitatea lor poate produce chiar modificări nedorite. În ultimii ani, perspectiva cercetătorilor s-a schimbat. Elementele transpozabile sunt privite tot mai mult ca o sursă de diversitate genetică. Prin deplasarea lor în genom, pot modifica modul în care funcționează anumite gene și pot crea variații care, în timp, pot fi folosite de evoluție. Citește și: Furnicile „detectiv” pot mirosi cancerul mai bine decât câinii. Descoperirea surprinzătoare a oamenilor de știință Studii anterioare realizate la primate și lilieci au identificat perioade în care activitatea acestor elemente a crescut în același timp cu apariția rapidă a unor noi specii. Echipa lui Schrader a vrut să afle dacă un fenomen asemănător poate fi observat și la furnici. Pentru analiză, cercetătorii au folosit genomurile a 163 de specii de furnici. Acestea reprezentau 12 dintre cele 16 subfamilii de furnici care există în prezent. Furnicile cu mai multe gene săritoare au și mai multe specii Cantitatea de elemente transpozabile diferă foarte mult de la o specie de furnică la alta. În genomul unei specii din genul Carebara, aceste secvențe reprezentau aproximativ 8% din ADN. La o specie din genul Odontomachus, proporția ajungea la aproximativ 53%. Media pentru speciile analizate a fost de circa 28%. Cu alte cuvinte, puțin peste un sfert din materialul genetic analizat era reprezentat de aceste secvențe. Cercetătorii au observat apoi o asociere interesantă. Subfamiliile care aveau mai multe gene săritoare în genom includeau, în general, mai multe genuri și mai multe specii. O simplă corelație nu este însă suficientă pentru a demonstra existența unei legături cauzale. De aceea, oamenii de știință au încercat să stabilească și momentul în care genele săritoare au devenit active. Activitatea genelor a atins un vârf în perioada dispariției dinozaurilor Pentru a estima vechimea diferitelor copii ale genelor săritoare, cercetătorii au analizat numărul de mutații acumulate de fiecare secvență. Cu cât o copie este mai veche, cu atât a avut mai mult timp să sufere modificări. Astfel, schimbările acumulate în ADN pot funcționa ca un fel de ceas evolutiv. Folosind această metodă, echipa a putut estima activitatea elementelor transpozabile din ultimii 100 de milioane de ani. Cele mai multe evenimente de copiere s-au produs între aproximativ 75 și 45 de milioane de ani în urmă. Intervalul include perioada în care a avut loc impactul asteroidului, în urmă cu aproximativ 66 de milioane de ani. Semnalul a fost deosebit de puternic în cazul celor trei mari subfamilii de furnici analizate: Ponerinae, Formicinae și Myrmicinae. Una dintre cele mai importante explozii de activitate a fost identificată în strămoșul comun al unui grup de furnici din subfamilia Ponerinae, în urmă cu aproximativ 60 de milioane de ani. Ulterior acestor perioade de activitate intensă, între aproximativ 66 și 35 de milioane de ani în urmă, au apărut numeroase linii evolutive noi. Furnicile ale căror genomuri au acumulat mai rapid elemente transpozabile au avut tendința de a da naștere, ulterior, unui număr mai mare de linii evolutive, genuri și specii. Simțul mirosului ar putea fi unul dintre efectele acestor schimbări Cercetătorii au identificat și o altă asociere interesantă. Furnicile se bazează foarte mult pe miros pentru a se orienta, pentru a-și recunoaște suratele din colonie și pentru a comunica. În cazul speciilor cu mai multe gene săritoare, oamenii de știință au găsit și un număr mai mare de copii ale genelor responsabile de receptorii pentru miros și gust. O tendință asemănătoare a fost observată și în cazul unei familii de gene implicate în producerea substanțelor ceroase de pe corpul furnicilor. Aceste substanțe sunt importante pentru recunoașterea membrilor aceleiași colonii și pentru diferențierea lor de intruși. În schimb, genele care controlează structura de bază a corpului nu au prezentat aceeași asociere. Aceste gene s-au modificat foarte puțin în timp, iar în jurul lor au fost identificate relativ puține elemente transpozabile. Unele regiuni ale genomului sunt adevărate „insule” de gene săritoare În majoritatea speciilor analizate, cercetătorii au observat că genomul este împărțit în regiuni cu caracteristici diferite. Unele zone conțin foarte puține gene săritoare. Altele sunt adevărate aglomerări ale acestor elemente. Cercetătorii au numit aceste regiuni „insule TE”, după denumirea în limba engleză pentru elementele transpozabile. Genele aflate în aceste zone au evoluat mai rapid și au prezentat mai des semne că au fost favorizate de selecția naturală. Genele asociate cu simțurile au fost, de asemenea, întâlnite într-o proporție mai mare în aceste regiuni. Acest lucru îi face pe cercetători să creadă că anumite zone ale genomului ar fi putut deveni adevărate puncte de inovație genetică. Legătura dintre genele săritoare și diversificarea furnicilor nu este încă demonstrată Autorii studiului subliniază că rezultatele nu pot demonstra în mod direct o relație de cauză și efect. Cercetarea analizează evenimente petrecute cu milioane de ani în urmă. Prin urmare, este posibil ca impactul asteroidului să fi determinat atât creșterea activității genelor săritoare, cât și apariția unor noi specii, fără ca cele două procese să fie legate direct. Există însă un detaliu important. Activitatea genelor săritoare a crescut înainte de apariția numeroaselor linii evolutive noi. Din acest motiv, varianta potrivit căreia diversificarea furnicilor ar fi determinat ulterior multiplicarea acestor gene pare mai puțin probabilă. Cercetătorii recunosc și alte limite ale studiului. Analiza a putut urmări activitatea elementelor transpozabile doar în ultimii 100 de milioane de ani. Furnicile sunt însă mai vechi decât atât, ceea ce înseamnă că este posibil ca unele episoade mai timpurii de activitate să nu fi putut fi identificate. În plus, patru subfamilii de furnici nu au fost incluse în analiză. Studiul s-a bazat și pe speciile care trăiesc în prezent. Liniile evolutive dispărute ar fi putut avea istorii genetice diferite, iar includerea lor ar putea modifica imaginea de ansamblu. Furnicile lucrătoare sterile au mai puține copii ale unui anumit element Cercetătorii au făcut și o observație legată de furnicile lucrătoare. La speciile în care lucrătoarele sunt complet sterile, genomurile au conținut mai puține copii ale unui anumit tip de element transpozabil. Există un indiciu interesant în acest sens. La o specie de muscă de fructe, același tip de element genetic poate afecta reproducerea femelelor și le poate împiedica să producă ouă. Schrader și colegii săi au formulat ipoteza că, în trecutul evolutiv al furnicilor, aceste elemente ar fi putut avea un rol în reducerea capacității reproductive a lucrătoarelor. Odată ce lucrătoarele au devenit complet sterile și și-au pierdut ovarele funcționale, acest mecanism ar fi putut deveni inutil. Deocamdată, însă, este doar o ipoteză. Pentru a o verifica, cercetătorii ar trebui să compare activitatea acestor gene în ovarele furnicilor lucrătoare care încă se pot reproduce cu cea a lucrătoarelor complet sterile. Studiul complet, care analizează legătura dintre elementele transpozabile și diversificarea furnicilor, a fost publicat în revista Science Advances.