С биологической точки зрения термиты — общественные тараканы. Однако механизмы их эволюции из всеядных одиночек в строителей сложных гнезд оставались не до конца ясными. В отличие от пчел, у которых каста жестко определяется на стадии куколки, термиты развиваются плавно. Ученым предстояло выяснить, какие именно генетические изменения заставили личинок отказываться от собственного размножения ради обслуживания семьи.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, отсеквенировали геномы восьми видов, выстроив эволюционную цепочку от обычных тараканов к сложным видам термитов. Особый интерес представляет реликтовый таракан Cryptocercus. Это насекомое ведет полусоциальный образ жизни, обитая семьями в гнилых бревнах Ученые также сравнили активность генов на разных стадиях развития, чтобы найти молекулярные следы адаптации к новой диете и образу жизни.
Анализ подтвердил, что социальность стала ответом на дефицит ресурсов. Питание древесиной (крайне бедной питательными веществами) потребовало радикальной перестройки организма.
Эволюция шла по пути потери лишнего. Геном термитов сократился почти вдвое по сравнению с тараканьим (примерно с 26 000 до 14 800 генов). Жизнь в защищенном гнезде и делегирование переваривания пищи кишечным симбионтам позволили избавиться от огромных семейств генов, отвечающих за защиту от пищевого отравления и острое зрение.
Ученые нашли молекулярное подтверждение того, что в основе колонии лежала строгая верность. Из геномов термитов исчезли гены семейства Cfap, отвечающие за подвижность хвоста сперматозоида. Поскольку самка спаривалась только с одним самцом всю жизнь, конкуренция спермы исчезла, половым клеткам больше не нужно было уметь плавать. Это обеспечило высокое генетическое родство всех членов колонии.
Чтобы выращивать активных рабочих на скудной диете, термиты усилили экспрессию генов клеточного дыхания (OXPHOS). У тараканов Cryptocercus метаболизм идет очень медленно из-за низкой питательной ценности трухлявого пня. Таракан научился выживать, но растет крайне медленно: личинка растет до взрослой особи шесть лет.
У термитов же гены, отвечающие за метаболизм, работают быстро. Это стало возможно благодаря социальности, а еще дало термитам инструмент регуляции: обильное кормление личинки запускает гормональный каскад, который блокирует развитие крыльев и половой системы, но ускоряет физический рост, превращая особь в рабочего. Будущих королев, наоборот, на ранних этапах ограничивают в ресурсах, что позволяет им сохранить репродуктивный потенциал.
Научная работа продемонстрировала, что эусоциальность термитов возникла как способ выживания на крайне сложном ресурсе. Жесткие экологические рамки и отказ от полового отбора внутри гнезда заставили насекомых объединиться в суперорганизм, где индивидуальная генетическая сложность была принесена в жертву коллективной эффективности.