Uusi tutkimus tarjoaa syvällistä tietoa muurahaisten perintöaineksen evoluutiosta

Muurahaisyhteiskunnat olivat mysteeri jopa evoluutioteorian isälle Charles Darwinille. Kuinka evoluutio voisi tuottaa työläisiä, jotka eivät kykene lisääntymään? Darwin oletti, että työläiset parantavat kuningattaren lisääntymismenestystä, mikä selittää niin sanotun lisääntymisen työnjaon: koiraat luovuttavat siittiöitä, joita kuningattaret varastoivat ja käyttävät munien hedelmöittämiseen koko elämänsä ajan. Työläiset etsivät ruokaa, hoitavat jälkeläisiä ja puolustavat pesää, mutta eivät lisäänny.

Jo 1960-luvulta on tiedetty, että Darwin oli oikeassa: työläisten evoluutio selittyy sillä, että ne siirtävät geenejä tuleviin sukupolviin oman lisääntymisen sijaan kasvattamalla sisariaan, jotka ovat saman kuningattaren jälkeläisiä. Oli kuitenkin epäselvää, kuinka muurahaisten genomi eli perintöaines järjestyi uudelleen siten, että se sisälsi samanaikaisesti sekä lisääntyvien yksilöiden että steriilien työläisten geneettiset rakennusohjeet. Uusi kansainvälinen tutkimus tarjoaa vastauksia tähän perustavaan kysymykseen.

Muurahaisten genomien evoluutio voidaan ymmärtää vain suhteessa kuningatar- ja työläiskastien syntyyn ja muutoksiin, jotka yhdessä muodostavat ”superorganismisen” organisaatiomuodon. Muurahaiset kehittyivät yli 150 miljoonaa vuotta sitten, ja sen jälkeen luonnonvalinta on muokannut niiden perimää. Tämä johti useisiin evolutiivisiin innovaatioihin, kuten valtavaan lisäykseen yhdyskuntien koossa ja kuningatarten ja työläisten välisiin eroihin.

Muurahaisten geenit järjestyivät genomissa uudelleen poikkeuksellisen voimakkaasti. Tämä uudelleenjärjestely oli erityisen laajaa nykyään eniten lajeja sisältävissä muurahaisryhmissä. Samaan aikaan tietyt tärkeät geeniryhmät pysyivät tällaisten muutosten ulkopuolella yli 100 miljoonaa vuotta – erityisesti ne, jotka säätelevät muurahaisyhteiskunnille keskeistä lisääntymisen työnjakoa kuningatarten ja työläisten välillä.

”Tämä havainnollistaa, kuinka muurahaisille ratkaisevan tärkeä kastien välinen työnjako näkyy perimässä monin tavoin. Kastien väliset valtavat erot perustuvat geenien säätelyn evoluutioon, mutta muurahaisten evoluutiossa on myös syntynyt suuria määriä uusia geenejä”, sanoo professori Heikki Helanterä Oulun yliopistosta.

Kööpenhaminan, Münsterin ja Zhejiangin yliopistoista johdettu Global Ant Genomics Alliance -konsortio (GAGA) sekvensoi ja vertaili yli 140 muurahaislajin genomeja, kattaen suuren osan tämän ekologisesti hyvin tärkeän hyönteisryhmän biologisesta monimuotoisuudesta. Tutkimuksessa käsiteltiin muurahaisia, joiden yhdyskunnat ovat kastijaoltaan tyypillisiä, kuten miljoonayhdyskunnissa eläviä vaeltajamuurahaisia, ja lajeja, joiden kuningattaret ovat satakertaisesti suurempia kuin pienimmät työläiset. Toisaalta tutkimuksessa tarkasteltiin myös lajeja, joilla ei ole kuningattaria, lajeja joiden työläiset kloonaavat itseään, ja sosiaalisia loisia, jotka eivät tarvitse lainkaan työläisiä.

Tutkijat käyttivät lukuisia biologisia menetelmiä, kuten genomisekvensointia, geenien ilmentymisen analysointia, yksittäisten geenien toiminnallisia analyyseja ja farmakologisia manipulaatioita sekä lajien elintapojen ja morfologian vertailevaa analyysia.

”Tutkimus on malliesimerkki eri alojen osaajien yhteistyön voimasta. Työ on tietysti vaatinut huippuosaamista ja -teknologiaa geenisekvensoinnissa ja bioinformatiikassa, mutta siinä rinnalla on myös tarvittu paljon perinteistä maasto- ja lajiosaamista näytteiden kattavan saannin varmistamiseksi sekä syvällistä evolutiivista ja ekologista ymmärrystä tulosten tulkitsemisessa ”, Helanterä sanoo.

Yli 50 tutkijaa yli 25 maasta työskenteli tutkimusten parissa lähes 10 vuotta. Monitieteisten tutkimusten tulokset julkaistiin Cell-lehdessä. Oulun yliopistosta tutkimukseen osallistuivat GAGA-konsortion jäseninä professori Heikki Helanterä ja yliopistonlehtori Lumi Viljakainen ekologian ja genetiikan tutkimusyksiköstä.

Alkuperäinen julkaisu: Joel Vizueta et al. (2025): Adaptive radiation and social evolution of the ants. Cell 188, in press; DOI: 10.1016/j.cell.2025.05.030

Lisätietoja:

Heikki Helanterä, professori, ekologian ja genetiikan tutkimusyksikkö, Oulun yliopisto: 0504700545, Heikki.Helantera@oulu.fi

Lue lisää: Muurahaiset osaavat välttää kilpailua lähisukulaisten kesken