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スズメバチを見つめた女


1970 年代に大学生だった Joan Strassmann は、短編小説を書くことと、メンターである社会生物学者の Dick Alexander のオフィスを包囲することに時間を割いていました。 2 年間、彼女は毎週金曜日に彼と会って研究について話し合うことを主張しました。 「彼は私にたくさんの本を読んでくれました」と彼女は思い出しました。私はそれを終わらせるために昼夜を問わず働きました、そしておそらくこれが彼の戦略でした—おそらく彼は私がキャンセルするか何かを望んでいたのでしょう.しかし、その強い関心は、社会性昆虫に関する彼女の先駆的な研究の特徴の 1 つになりました。

テキサス大学オースティン校の大学院で、Strassmann はメイン キャンパス近くのトラクター小屋で繁栄していた巣から始めて、階層的なコロニーに住むハチの研究を始めました。 「私は本当に、ジリスのような別の社会的有機体に取り組むことを計画していました」と、現在セントルイスのワシントン大学にいる Strassmann は言いました。 「私が実際にハチを怖がっていることは誰もが知っていました。」しかし、勇気を出して、彼女と友人は小屋に足を踏み入れ、各スズメバチに異なる識別用のドットを塗りました。これは、昆虫コロニーの社会的ダイナミクスを研究するための標準的な準備です。それから彼女はちょうどそれらを見始めました。

彼女は良い仲間でした。アリ、シロアリ、一部のスズメバチやミツバチなど、協力的なコロニーに生息する昆虫は、進化上の難問をもたらすため、1 世紀以上にわたって科学者を魅了してきました。ダーウィン自身は、彼らの生き方を自分の考えに対する挑戦と見なしていました。進化論は、各個体がその特徴を伝えるために戦うと予測しているようですが、コロニー内で実際に繁殖できるのは女王バチとその仲間だけです。残りは遺伝子プールに貢献するチャンスをあきらめ、代わりに他人の子孫の世話をします。真社会性として知られるこのライフスタイルはどのように進化したのでしょうか?現代の働きバチやスズメバチの祖先が自律性を放棄することは、どうして理にかなっているのでしょうか?生物学的に信じられないようです。

しかし、シュトラスマンが大学に通っていたちょうどその頃、生物学者は、社会的昆虫が進化論の枠組みにどのように適合するかを理解し始めました.影響力のある論文で、W.D. ハミルトンは、十分な遺伝子を共有する密接に関連した個人において協力が意味を持つかもしれないと提案しました。乙女おばさんのヘルパーを持つミツバチが、そうでない場合の 2 倍の子孫を産む場合、その配置は、間接的にその遺伝子を伝えている非生殖補助者にとって進化的に理にかなっています。しかし、その利益は血縁関係が低下するにつれて減少するため、真社会性は近親者の間でのみ発生します.

Strassmann は、トラクター小屋のハチにハミルトンのアイデアの明確な証拠を見つけました。巣が破壊されると、そのメンバーは、女王との関係のレベルを反映するパターンで姉妹の巣に分散します。各スズメバチは、最も密接に関連しているリーダーのみに仕えます。 Strassmann はその後 20 年間、彼女の夫で共同研究者である David Queller と共にスズメバチの研究を続け、2 人は関連性が社会的昆虫の行動をどのように形成するかについて、他にも多くの詳細を明らかにしました。労働者を女王にするのに必要です。

しかし、約 17 年前、ペアは新しいモデル生物であるアメーバ Dictyostelium discoideum に移行し始めました。 .彼らは、この珍しい生き物が協力のダイナミクスに新しい洞察を提供する可能性があると考えていました.飢餓の瞬間に、これらの土壌に生息するアメーバは群がり、地上にそびえ立つ塔を築き、そこから胞子を他の快適な場所に分散させます。グループの約 20% は自分の体でタワーを建設するために自分自身を犠牲にしますが、残りは遺伝子を広めるためにそれを利用します.

クォンタ マガジン 社会性昆虫の進化、女王バチの秘密の生活、単細胞生物からの協力について彼女が学んだことについて、シュトラスマンと話しました。インタビューの編集および要約版が続きます。

QUANTA MAGAZINE:ちょうど科学者が真社会性の起源について議論していた頃に、あなたは社会性ハチの研究を始めましたね。それはどうでしたか?

JOAN STRASSMANN:本当にエキサイティングな時間でした。 W.D. ハミルトンの論文は 1964 年に発表されましたが、私が大学生だった 70 年代初頭まで評価されませんでした。彼は、個人の行動が自分自身と他人の生殖に及ぼす影響の合計である、包括的フィットネスと呼ばれるものの枠組みを概説しました。最終的には、次世代における遺伝子の表現に対する個人の行動の尺度です。

彼らはあなたと遺伝子を共有しているので、あなたは親戚を助けるでしょう.しかし、それはそれほど単純ではありません。いとこよりもきょうだいをいつも助けてくれる、などのように振る舞うことがよくありますが、その代償と利益は非常に重要です。たとえば、あなたの助けの結果として子孫の数が少なくとも 2 倍にならない限り、あなたの遺伝子の半分を共有する姉妹を助けません。

関連性は、分子技術を使用して簡単に評価できます。ただし、コストと利益を評価するには、自然の生息地での個体の生物学を本当に理解する必要があります. Dave と私は、社会的昆虫が力を合わせることで得られる 2 つの主要な利点を説明する論文を持っています。生命保険では、どちらかが死亡した場合、もう一方が赤ちゃんの生存を保証します。砦の防御と生命保険は、社会的昆虫にとって協力が有益である 2 つの主な理由です。

真社会的になりやすくする行動や特徴はありますか?

はい - 彼らは実際には非常によく知られています。社会性昆虫の祖先は寄生バチです。寄生虫として、殺すまで宿主を病気にしたくないので、これらのスズメバチは実際には幼虫としてうんちをしません.彼らはそれを保持しているだけです。同じことが社会的な昆虫にも当てはまります - あなたは本当に巣にうんちをしたくありません.社会生物のうんちをどのようにコントロールするかは、非常に重要な問題です。

次に、母性ケアです。孤独なスズメバチは獲物を麻痺させ、卵を産んで子孫を養います。真社会性の進化の次のステップは、娘が母親と一緒にいて、母親がより多くの赤ちゃんを育てるのを助けることです.これは、生命保険または要塞防衛の理由による可能性があります。理にかなっています。

しばらくの間、真社会性は純粋に血縁関係のない個人の集まりから生じた可能性があると考えられていました。多くの種のスズメバチが群れを成して巣を作ります。小川や砂丘の土手など、さまざまな場所で見ることができます。

しかし、それらの集約は基本的に利己的です。群れの真ん中にいるスズメバチは、単独でスズメバチを傷つけるよりも怪我をする可能性が低く、それが見返りです。これらの集計は決して 真社会性につながります。真社会性は、娘が母親と一緒にいるサブソーシャル パスと呼ばれるものを通じてのみ得られるため、娘はすでに高度に関連しています。

あなたは単細胞生物のためにハチをあきらめました。それは大きなジャンプです。ほとんどの人は、キャリアの途中でモデル生物を変更しません。

それは一種の非常識なことでした。特にトスカーナでハチを研究していたので。私たちはイタリア語を知っていますし、イタリア語で講義をしたこともあります。そこにはたくさんの本当に良い友達がいます…ええ。正気じゃない!

アメーバは、あなたが変わるために本当に驚くべきことをしていたに違いありません。

Dictyosteliumについて知っている社会的昆虫のすべての人 孤独な段階と社交的な段階があるからです。単細胞はバクテリアを飲み込んで食べ、土の中で生きます。しかし、それらが飢えると、それらは集合して光に向かって這う多細胞体を形成し、最終的には子実体と呼ばれる構造に合体します.細胞の約 20% が茎を形成します。他のものは上に流れて胞子を形成し、その後分散します。概念的には、これは社会的な昆虫のコロニーに似ていると見なすことができます。茎は働きバチです — 繁殖することはできませんが、胞子の分散を促進すると考えられます.

しかし、Dictyostelium その多細胞体の細胞はすべて遺伝的に同一ではありません。何の共通点もない他の細胞のために自分自身を犠牲にしている細胞もありますか?グループが真社会性を進化させる唯一の方法は、娘が母親と一緒にいることだと私が言ったことを知っていますか?集約から真社会性が得られるという考えは、本当に間違っているようです。そこにはあまりにも多くの対立があるはずです。誰が死ぬのか、誰が胞子になるのかなど。いくつかの明白な質問がありました.

1998 年、科学者たちは Dictyostelium の配列を決定しました。 ゲノムですが、まだ公開されていませんでした。関連性分析のために略奪できることはわかっていました。デイブと私は、「うわー、これについて考えた。誰かが私たちの代わりにこれをやったら、私たちはばかみたいに感じるだろう」と感じるところまで来ました.

それで、あなたは何をしましたか?

インターネットにアクセスして、Dictyostelium があることを発見しました メールリスト。質問投稿を始めました。 2 つの異なる菌株が一緒に子実体を形成するかどうかを知りたかった.

Quanta Magazine のホイットニー・カーティス

ビデオ: Strassmann は社会的アメーバを研究する利点を説明します。

私たちが行った最初の研究では、異なる菌株が混ざり合い、不正行為を行うことがわかりました. 2 つの異なる菌株が、胞子と茎に等しく寄与するわけではありません。それらの1つは他のものを利用しています。したがって、これは社会生物を見る良い方法です。

それが彼らを良いモデルにしているのはなぜですか?

対立があるからです — 社会的競争です。

社会的生物における対立がどのように制御されるかは、進化研究の主要なトピックです。真社会的な有機体では、対立を制御することで — 例えば、誰が誰に道を譲るかを非常に明確にするカーストを通じて — 彼らが一緒に暮らすことを可能にします.

Dicty では、 ある人が他の人を利用する場合、この形式の社会性が持続できるように、彼らがどのように紛争を管理しているかについて質問することができます.

ディクティを作ったもの 本当に魅力的だったのは、「なぜ?」と尋ねることができることでした。機械的なレベルで、遺伝子をノックアウトして、細胞生物学者が行うすべてのことを行うことができるからです。それは私たちにとって非常にエキサイティングでした。それはただ素晴らしいです。 100 以上の遺伝子があり、不活性化すると Dicty を引き起こすことがわかっています。 たとえば、カンニングを開始する緊張。これは、Dicty の社会性の遺伝学が は複雑です。

そして今、私たちはバクテリアに移行しています。バクテリアと Dicty の間にはとんでもない関係があることがわかりました :たとえば、Dictyostelium 実際にバクテリアを自らの消費のために養殖しているように見えます!そのため、ハチにはまったく取り組んでいません。悲しいけど本当です。

生物であるとはどういう意味かを定義しようとしていますか?

私たちは、生物を作る実際の重要な特性を定義することは、適切に行われたことがないと感じています.人々は、「遺伝的均一性」、「すべてがつながっている」、「単一細胞のボトルネック」という要件を提案してきました。これは、生物が単一の細胞である段階があることを意味します。

たとえば、植物には単一細胞のボトルネックはありません。 Dicty に取り組んでいます 、ほとんどの生物学者がいかに偏狭であるかがわかります。彼らは非常に少数の生物に目がくらんでいます。生物とは何かを考えたければ、マウスから始めてはいけません。できません!まず始めに、バイオフィルムは生物ですか?もしそうなら、なぜですか?そうでない場合、なぜですか?

デイブと私が思いついたのは — これは主にデイブです — 有機体を作るのは、最高レベルの協力と最低レベルの対立があるレベルであるということです.部分が何であれ、大部分が協力的であり、そこにあった紛争が制御されている場合、それは有機体です.私たちの計画は、これについて本を書くことです.

私のお気に入りの例は、ポルトガルの軍人です。彼らは、それは生物ではなく、たくさんの小さな生物のコロニーだと言います.いいえ、生物です!ごめんなさい!



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