Bagaimana kecoa soliter memunculkan rayap sosial — cerita dari dua genom

Anonim

Rayap adalah "kecoa sosial." Mereka berevolusi dari kecoa soliter leluhur sekitar 150 juta tahun yang lalu, setidaknya 50 juta tahun sebelum lebah, semut dan tawon berevolusi masyarakat yang sama rumit secara independen dari rayap. Rayap hidup dalam masyarakat yang kompleks yang ditandai dengan pembagian kerja kasta dan koordinasi tugas yang erat di antara anggota koloni. Misalnya, ratu dan raja memonopoli semua reproduksi dalam koloni, sementara pekerja dan tentara mempertahankan dan mempertahankan koloni. Pemisahan tanggung jawab di dalam koloni ini membutuhkan pengakuan yang jelas tentang siapa dan mekanisme untuk menekan reproduksi pekerja ketika seorang ratu yang subur hadir, dan merangsang ratu baru untuk berkembang ketika ratu residen meninggal. Pada saat yang sama, rayap memiliki gaya hidup yang relatif sederhana - mereka makan kayu dan jarang usaha di tempat terbuka. Perubahan-perubahan dari kecoa soliter leluhur ini harus tercermin dalam organisasi gen rayap, genom.

Kecoa Jerman memiliki gaya hidup yang sangat berbeda dari rayap. Ini adalah omnivora klasik, makan semua makanan, mengais-ngais dan bahkan terlibat dalam coprophagy - makan kotoran komunal - untuk mendapatkan mikroorganisme dan nutrisi simbiotik dari anggota kelompoknya. Kecoa ini adalah hama indoor global yang memiliki efek merugikan yang signifikan terhadap kesehatan manusia. Kecoak menghasilkan alergen kuat yang dapat memicu alergi dan asma, terutama pada anak-anak yang tinggal di rumah yang penuh dengan kecoa. Mereka berkembang dalam kondisi yang tidak sehat dan karena itu mereka tidak hanya mengirimkan patogen ke manusia, tetapi telah mengembangkan berbagai mekanisme kekebalan untuk mencegah agar tidak terinfeksi sendiri. Akhirnya, kecoak telah berevolusi banyak mekanisme untuk menahan berbagai macam bahan kimia ofensif yang mereka temui di lingkungan mereka, termasuk gudang insektisida yang luas yang kita gunakan dalam upaya kita untuk membasmi mereka.

Sebuah makalah dalam Nature Ecology & Evolution melaporkan pengurutan, anotasi dan analisis genom kecoa Jerman, Blattella germanica, dan rayap kayu kering, Cryptotermes secundus, dalam konteks evolusi sosialitas rayap dari kecoa soliter. Tim, termasuk ahli entologi NC State, Coby Schal dan peneliti utama Ayako Wada-Katsumata, membandingkan genom ini dan 15 spesies serangga lainnya sehingga evolusi keluarga gen dapat dianalisis sepanjang transisi dari kecoa non-sosial ke rayap sosial. Yang menarik dalam tulisan ini adalah gen chemosensory, yang digunakan dalam komunikasi kimia - bau dan rasa. Gaya hidup nokturnal dan omnivora dari kecoak membutuhkan investasi besar dalam indra penciuman dan rasa yang sensitif dan tajam, dan genom kecoa mencerminkan hal ini. Empat keluarga protein kemosensori memungkinkan serangga untuk membedakan makanan yang beragam, mencari dan mengenali pasangan dan situs agregasi (feromon), dan menghindari racun dan patogen. Kecoak Jerman sekarang memegang rekor dunia untuk keragaman repertoar gen chemosensory, dan sumber daya ini akan sangat berharga untuk mengembangkan umpan dan umpan yang lebih baik untuk pengendalian hama. Rayap yang jauh lebih terspesialisasi tetapi secara evolusioner terkait mengalami kehilangan cukup banyak gen penciuman dan rasa, sepadan dengan kimia yang lebih khusus dari habitat ekologisnya. Namun, genom rayap mengungkapkan tanda-tanda adaptasi chemosensory yang bertahan dari kecoak dan kemungkinan membentuk evolusi kehidupan sosial dalam "kecoa sosial" ini.

Ekspansi banyak keluarga gen lain dalam genom lipas kemungkinan memungkinkan adaptasi dan kolonisasi yang sukses dari beragam habitat. Urutan genom yang tersedia secara publik akan memungkinkan para peneliti dan industri pengendalian hama untuk menyelidiki fungsi banyak gen dan menargetkan beberapa dengan pestisida khusus dan khusus kecoa. Di antaranya adalah gen yang terlibat dalam pemecahan dan pembersihan insektisida. Ekspansi dalam gen-gen ini dan ekspresi mereka yang tinggi memungkinkan B. germanica untuk mengembangkan ketahanan terhadap berbagai insektisida. Demikian juga, kecoa dapat menahan berbagai jenis patogen karena itu menjebak keluarga yang diperluas dari gen yang digunakan dalam respon imun dan pertahanan melawan patogen. Reproduksi diperluas gen yang menyandikan enzim pencernaan mendukung keberhasilan kecoa Jerman sebagai omnivora ekstrim, mampu mencerna berbagai makanan dari donat Krispy Kreme hingga steak sisa.

menu
menu