มดที่ท้าทายชีววิทยา – ราชินีมดที่วางไข่ซึ่งฟักออกมาเป็นต่างสปีชีส์

• ราชินีมดเก็บเกี่ยวไอบีเรีย (Messor ibericus) แสดงให้เห็นถึง รูปแบบการสืบพันธุ์อันเป็นเอกลักษณ์ โดยไม่ได้โคลนเฉพาะสปีชีส์ของตัวเองเท่านั้น แต่ยังโคลนตัวผู้ของ มดเก็บเกี่ยวสตรักเตอร์ (Messor structor) ซึ่งเป็นอีกสปีชีส์หนึ่งด้วย
• คาดว่าราชินีมดจะ เก็บอสุจิของตัวผู้ต่างสปีชีส์ไว้ แล้วใช้ปฏิสนธิกับไข่ ก่อนจะกำจัดสารพันธุกรรมของตนเองออก ทำให้ถือกำเนิดเป็น โคลนตัวผู้ของ M. structor
• ผลลัพธ์คือราชินีสามารถสร้าง ตัวผู้จากสองสปีชีส์ ได้ ขณะที่มดงานทั้งหมดประกอบด้วย ลูกผสมเพศเมีย จากทั้งสองสปีชีส์ ซึ่งช่วยคงสภาพอาณานิคมไว้
• เพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ ทีมวิจัยได้เสนอคำใหม่ว่า ‘xenoparity’ และถือเป็นการค้นพบที่พลิกความเข้าใจเดิมอย่างมากถึงขั้นอาจต้อง นิยามแนวคิดเรื่องสปีชีส์ใหม่
• ความร่วมมือเช่นนี้ ให้ประโยชน์กับทั้งสองสปีชีส์ในระยะสั้น แต่ในระยะยาว โคลนตัวผู้ของ M. structor อาจสะสมการกลายพันธุ์และอ่อนแอลงได้

---

การค้นพบที่สั่นคลอนแนวคิดเรื่องสปีชีส์

• แนวคิดเรื่องสปีชีส์แบบดั้งเดิมนิยามว่าเป็น กลุ่มที่สามารถผสมพันธุ์กันและให้กำเนิดลูกที่สืบพันธุ์ต่อได้
• แต่ในกรณีของ M. ibericus การคงอยู่ของอาณานิคมกลับเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการผสมกับต่างสปีชีส์ ซึ่งเป็นตัวอย่างที่ท้าทายนิยามเดิมโดยตรง
• นักนิเวศวิทยาระบุว่า “ในเมื่อสองสปีชีส์นี้ต้องอยู่ร่วมกัน จึงอาจต้องทบทวนแนวคิดเรื่องสปีชีส์ใหม่”

รูปแบบการสืบพันธุ์ที่ไม่เหมือนใคร

• ราชินี M. ibericus จะผสมพันธุ์กับตัวผู้ M. structor แล้ว เก็บอสุจิไว้ ใช้งานภายหลัง
• ในไข่บางส่วน ดูเหมือนว่าราชินีจะ กำจัดยีนของตัวเองออก เพื่อสร้าง โคลนตัวผู้ของ M. structor
• ผลคือราชินีสามารถ ผลิตตัวผู้ของสองสปีชีส์ ได้ ขณะที่มดงานจะเกิดมาเป็น ลูกผสมเพศเมีย ของทั้งสองสปีชีส์เสมอ

กระบวนการวิจัยและหลักฐาน

• ทีมนักวิจัยขุดสำรวจอาณานิคม M. ibericus จากทางเกษตรใกล้เมืองลียง ประเทศฝรั่งเศส และเก็บตัวผู้ได้ 132 ตัวจาก 26 อาณานิคม
• ตัวผู้ที่แทบไม่มีขนถูกระบุว่าเป็น M. structor ส่วนตัวผู้ที่มีขนมากเป็น M. ibericus
• ผลตรวจ DNA พบว่าตัวผู้ของทั้งสองสปีชีส์ต่างก็มี mitochondrial DNA ของ M. ibericus ร่วมกัน ซึ่งยืนยันว่าราชินีเป็นผู้ให้กำเนิด
• ทีมวิจัยตั้งชื่อปรากฏการณ์นี้ว่า ‘xenoparity’
• หลังจากเฝ้าสังเกต กลุ่มมดมากกว่า 50 กลุ่มในห้องแล็บเป็นเวลา 2 ปี ในที่สุดนักวิจัยก็ได้เห็นกระบวนการกำเนิดตัวผู้ M. structor โดยตรง

เบื้องหลังทางวิวัฒนาการและคำถามที่ยังค้างคา

• M. ibericus และ M. structor แยกสายวิวัฒนาการออกจากกันมานานกว่า 5 ล้านปี และ ไม่ใช่สปีชีส์ญาติใกล้ชิด
• ระยะเวลานี้ยาวนานในระดับที่พอเทียบได้กับช่วงที่ มนุษย์กับชิมแปนซี แยกจากกันเมื่อราว 6–8 ล้านปีก่อน
• นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าทำไมระบบเช่นนี้จึงยังคงอยู่ แต่คาดว่าเป็นเพราะ ทั้งสองฝ่ายต่างได้ประโยชน์

ประโยชน์ร่วมกันและความเสี่ยง

• มีความเป็นไปได้สูงว่านี่คือความสัมพันธ์แบบ พึ่งพาอาศัยกัน ที่เป็นประโยชน์ต่อทั้งสองสปีชีส์
• ในมุมของ M. ibericus:
  • มีมดงานเพียงพอสำหรับงานต่างๆ เช่น สร้างรัง หาอาหาร และเลี้ยงตัวอ่อน
  • อาจมีตัวผู้ M. structor ไว้สำหรับราชินีรุ่นใหม่
• ในมุมของ M. structor:
  • เดิมกระจายตัวอยู่เฉพาะในพื้นที่ภูเขาที่จำกัด แต่เมื่อมีตัวผู้โคลนแพร่กระจาย ก็ทำให้ ขยายขอบเขตทางภูมิศาสตร์ ได้
• อย่างไรก็ตาม เนื่องจากตัวผู้ M. structor ไม่ผสมพันธุ์กันเองภายในสปีชีส์ และดำรงอยู่ในรูปแบบโคลนทั้งหมด จึงมีความเสี่ยงที่จะสะสม การกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่เป็นโทษ มากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
• ณ ตอนนี้ มันอาจเป็น กลยุทธ์การสืบพันธุ์ที่ประสบความสำเร็จในกระบวนการวิวัฒนาการร่วม แต่ก็ยังไม่แน่ชัดว่าจะดำรงอยู่ได้ในระยะยาวหรือไม่

บทสรุป

• การค้นพบครั้งนี้พิสูจน์ให้เห็นถึง ความหลากหลายสุดขั้วของกลยุทธ์การสืบพันธุ์ ที่มดสามารถแสดงออกได้
• ดังคำเปรียบเปรยของนักวิจัยที่ว่า “มันเหมือนกับสปีชีส์หนึ่งจับอีกสปีชีส์ใส่กระเป๋าแล้วพาเดินทางไปทั่วทวีปยุโรป” ระบบนี้แม้จะแปลกประหลาด แต่ในตอนนี้ก็ดูมีประสิทธิภาพอย่างมาก
• จึงถูกประเมินว่าเป็น การค้นพบเชิงพลิกโฉม ที่จะทำให้ต้องกลับมาทบทวนทั้งแนวคิดเรื่องสปีชีส์และทฤษฎีวิวัฒนาการในอนาคต

[GN⁺]

ความเห็นจาก Hacker News

• ถ้าฉันเข้าใจถูก สิ่งที่น่าทึ่งจริง ๆ คือราชินีมด M. ibiricus ผสมพันธุ์กับมดเพศผู้ M. structor แล้วใช้สเปิร์มของมันสร้างมดงานเพศเมียลูกผสมที่เป็นหมัน และยิ่งน่าตกใจกว่านั้นคือบางครั้งราชินีตัวนี้ยังสามารถโคลนมดเพศผู้ที่มีพันธุกรรมเหมือนกับมดเพศผู้ M. structor ได้อีกด้วย พูดอีกอย่างคือ เหมือนเธอลบยีนของตัวเองออกแล้วเหลือไว้แค่ยีนของเพศผู้ที่เคยผสมพันธุ์ด้วย เพื่อนำมาสร้างเพศผู้ตัวใหม่
  • ถ้ามองอย่างจริงจังว่ายีนคือเป้าหมายหลักของวิวัฒนาการ ชุดผสมแบบ ‘พาเรโตออปติมัล’ ที่ยีนต่าง ๆ จะได้รับร่วมกัน ก็คงถูกค้นพบได้ผ่านการสำรวจแบบสุ่มในท้ายที่สุด
  • ฉันก็คิดว่าส่วนนี้น่าทึ่งมากเหมือนกัน งงว่าเป็นไปได้อย่างไรที่ราชินีมดตัวหนึ่งจะโคลนเพศผู้ของอีกสปีชีส์ได้ทั้งหมด ปกติสเปิร์มของเพศผู้ควรมีเพียงครึ่งหนึ่งของยีนที่จำเป็นต่อการสืบพันธุ์ แต่การกำหนดเพศของมดทำงานต่างออกไป จากข้อมูลนี้ เพศผู้ของมดมีโครโมโซม 1 ชุด ส่วนเพศเมียมี 2 ชุด ดังนั้นดูเหมือนว่าสเปิร์มของมดเพศผู้เพียงตัวเดียวก็สามารถสร้างมดเพศผู้ที่สมบูรณ์ได้หนึ่งตัว และฉันเข้าใจว่ากลไกนี้คือสร้างไข่ที่ลบพันธุกรรมของเพศเมียออก แล้วโคลนลูกโดยใช้เฉพาะยีนของเพศผู้
  • ฉันก็เคยอ่านเรื่องนี้จากที่อื่นเหมือนกัน แต่สับสนมากและไม่ค่อยเข้าใจ
  • มดนี่เป็นสิ่งมีชีวิตที่ธรรมชาติชอบใช้ทดลองจริง ๆ
  • จริง ๆ แล้วเพราะมดเพศผู้เป็น ‘haploid’ (มีโครโมโซมเพียงชุดเดียว) มันอาจไม่ได้แปลกอย่างที่คิดนัก ถึงอย่างนั้นก็ยังเป็นปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งมากอยู่ดี
• ทั้งมดและแตนเป็นสิ่งมีชีวิตที่แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายและความสามารถในการปรับตัวอันน่าทึ่งจริง ๆ บางสปีชีส์มีราชินีหลายตัว บางสปีชีส์เลี้ยงเพลี้ยอ่อน บางสปีชีส์สร้างรังขนาดเท่าเมล็ดถั่ว ขณะที่บางสปีชีส์สร้างรังใหญ่ได้ระดับเส้นศูนย์สูตรเสียด้วยซ้ำ บางชนิดยังอาศัยสปีชีส์เฉพาะเป็นโฮสต์แบบ寄生อีกด้วย มีทั้งมดที่สะท้อนแสงแดดทะเลทราย มดที่ลอยไปตามแม่น้ำอเมซอน ‘มดคอนเทนเนอร์’ ที่เต็มไปด้วยของหวาน มดเครื่องจักรที่มีกรามทรงพลัง และมดที่ใช้ร่างตัวเองทำเป็นสะพานด้วย โลกของสิ่งมีชีวิตนั้นเต็มไปด้วยกลโกงทางพันธุกรรมที่ไร้ขีดจำกัด จนน่าสนใจกว่านิยายวิทยาศาสตร์เสียอีก ถ้าสนใจสิ่งมีชีวิตประหลาดและน่าพิศวง ก็ขอแนะนำให้ลองดำดิ่งสู่ myrmecology (วิชามด)
  • เท่าที่ฉันรู้ ฉันเคยคิดว่าแตนน่าจะวิวัฒนาการมาจากมด แต่ดูเหมือนว่าอาจจะกลับกันก็ได้
• เป็นปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งจริง ๆ แมลงสังคม (เช่น มดและผึ้ง) มักมีแนวโน้มแปลก ๆ ในเรื่องการกำหนดเพศด้วย ในอาณานิคมมีตัวที่สืบพันธุ์ได้ไม่ถึง 1% ส่วนที่เหลือส่วนใหญ่มีอยู่เพื่อการสืบพันธุ์ของ 1% นั้นเท่านั้น มดงานยอมตัดอวัยวะตัวเอง ยอมสละชีวิต หรือแม้แต่ฆ่าตัวตาย เพื่อเพิ่มโอกาสรอดของราชินีขึ้นแม้เพียง 0.1% ในระดับนี้ การมองทั้งรังเป็นสิ่งมีชีวิตหนึ่งเดียวจะช่วยให้เข้าใจได้มากกว่า เพราะแนวคิดเรื่องปัจเจกเริ่มพร่าเลือน
  • ท้ายที่สุดแล้ววิวัฒนาการก็มีแนวโน้มจะทำงานไม่ใช่ในระดับปัจเจกแต่ละตัว แต่ในระดับประชากรย่อย (สปีชีส์ย่อยหรือกลุ่มของสปีชีส์ย่อย) ภายในประชากรย่อยที่แลกเปลี่ยนการสืบพันธุ์กัน ความแปรผันของยีนจำนวนมากจะสะสมไปเรื่อย ๆ และเมื่อสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลงอย่างใหญ่หลวง ความแตกต่างที่สะสมไว้นั้นก็อาจกลายเป็นจุดชี้ขาดของการอยู่รอด ตัวอย่างเช่น ช้างป่ากับช้างทุ่งหญ้า ที่เป็นประชากรแยกขาดจากกันมายาวนานและวิวัฒนาการแยกกันไป ก่อนที่การเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมจะนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ต่างกัน คำอธิบายแบบวิชาชีวะในโรงเรียนอย่าง ‘ยีราฟคอยาว = กินใบไม้ได้ดีกว่าเลยรอด’ ก็สำคัญ แต่ในความเป็นจริงวิวัฒนาการเกิดขึ้นในระดับประชากร/สปีชีส์ทั้งหมด ตราบใดที่ไม่ร้ายแรงถึงตาย ความแปรผันรายตัวมักไม่ส่งผลมากนัก

  • เป็นประเด็นที่ว่า ‘การมองทั้งอาณานิคมเป็นปัจเจกจะช่วยได้’ แต่ฉันคิดว่าอาจมองได้เหมือนกันว่าแต่ละตัวเป็นปัจเจกที่มีเป้าหมายร่วมกัน

• การบอกว่าชีววิทยาถูก ‘ท้าทาย’ อาจไม่ค่อยถูกนัก เพราะแนวคิดเรื่องสปีชีส์เองก็คลุมเครือมากอยู่แล้ว และเป็นเพียงเครื่องมือที่มนุษย์ใช้ในการจำแนก ธรรมชาติเองไม่มีเส้นแบ่งหรือ ‘รอยต่อ’ ที่ชัดเจนอะไรแบบนั้น
  • ชีววิทยาเองก็เป็นแนวคิดที่มนุษย์กำหนดขึ้น สาระในบทความคือ: ‘แนวคิดสปีชีส์แบบคลาสสิกคือกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะทางกายภาพ/พันธุกรรมคล้ายกันและต้องสามารถสืบพันธุ์กันเองได้ตามธรรมชาติ แต่กรณีนี้ต้องอาศัยคนละสองสปีชีส์ จึงต้องกลับมาคิดใหม่เรื่องแนวคิดสปีชีส์’ ในบทความไม่ได้พูดถึงอะไรอย่าง ‘รอยต่อของธรรมชาติ’
• อีกด้านหนึ่งมันฟังดูแทบไม่น่าเชื่อ แต่พอคิดถึงกลไกแปลกประหลาดหลากหลายแบบในชีววิทยาแล้ว ก็อาจไม่ได้บ้าคลั่งขนาดนั้น เช่น สร้างไข่ขึ้นมา เอานิวเคลียสของไข่ออก แล้วใส่นิวเคลียสของสเปิร์มที่เก็บไว้เข้าไปหนึ่งหรือสองอัน เพื่อเริ่มการเจริญเติบโตแบบโคลน (ตอนนี้ยังอยู่ระหว่างศึกษากลไกที่แน่ชัด) ถ้าจะเทียบกัน ก็ยังมีเชื้อราที่ทำให้มดกลายเป็นซอมบี้ (Ophiocordyceps unilateralis) หรือการ寄生ในรังที่ปลอมตัวเป็นไข่ของนกชนิดอื่น (Brood parasitism) ด้วยซ้ำ ถ้าเทียบกับพวกนั้น กรณีนี้ยังให้ความรู้สึกว่าบ้าน้อยกว่าเสียอีก
• การสนทนาก่อนหน้านี้: ความคิดเห็นใน Hacker News ที่เกี่ยวข้อง
• มันทำให้นึกถึงซาลาแมนเดอร์ Ambystoma ที่มักถูกพูดถึงอยู่บ่อย ๆ พวกนี้เป็นเพศเมียทั้งหมด และสืบพันธุ์โดย ‘ขโมย’ สเปิร์มจากเพศผู้ต่างสปีชีส์ 3-4 ชนิด โดยปกติจะทิ้งยีนของเพศผู้ไป แต่บางครั้งก็รับไว้ ทำให้เกิดเอ็มบริโอที่มีชุดโครโมโซมจากหลายสปีชีส์ ดังนั้นลูกหลานจึงอาจมียีนจากมากถึง 4 สปีชีส์ เป็นวิธีที่น่าทึ่งจริง ๆ
• สิ่งที่ทำให้การค้นพบครั้งนี้น่าสนใจเป็นพิเศษคือ ในโลกของมดนั้นมีอยู่บ่อยครั้งที่สปีชีส์หนึ่งไม่สามารถผลิตมดงานของตัวเองได้ และต้องยืมสเปิร์มจากอีกสปีชีส์หนึ่ง แต่ในกรณีนั้น เพราะต้องสืบพันธุ์กับอีกสปีชีส์ มันจึงขยายอาณาเขตได้แค่ในพื้นที่ที่อีกฝ่ายอาศัยอยู่เท่านั้น ถ้าสามารถพาเพศผู้ของสปีชีส์นั้นไปด้วยและสืบพันธุ์ต่อได้ ก็จะขยายไปได้ไกลกว่า และสปีชีส์นี้ก็ทำแบบนั้นพอดี เมื่อราชินีได้รับสเปิร์มจากสปีชีส์ที่ ‘ถูกเลี้ยงไว้’ เธอจะกำจัดพันธุกรรมของ ‘โฮสต์’ (ราชินี) ออกจากไข่ แล้วปล่อยให้มดที่เป็นคนละชนิดถือกำเนิดขึ้นแทน อย่างไรก็ตาม mitochondrial DNA จะถ่ายทอดมาจากแม่เสมอ เพศผู้แบบ ‘เลี้ยงไว้’ กับเพศผู้แบบ ‘ป่า’ มีรูปร่างต่างกันเล็กน้อย แต่ยังไม่ชัดว่ามีสาเหตุจากไมโทคอนเดรียหรือไม่ มีคนหนึ่งถึงกับเรียกกรณีนี้ว่า ‘ออร์แกเนลล์ของซูเปอร์ออร์แกนิซึม’ เปรียบเหมือนที่โพรแคริโอตกลืนแบคทีเรียจนกลายเป็นยูแคริโอต มดก็รับอีกสปีชีส์หนึ่งเข้ามาเป็นส่วนหนึ่งจนกลายเป็นลูกผสมรูปแบบหนึ่ง ยิ่งคิดว่ายังจะมีวิธีสืบพันธุ์และการอยู่รอดที่หลากหลายอีกแค่ไหน ก็ยิ่งรู้สึกว่าโลกนี้น่าพิศวงจริง ๆ
• น่าทึ่งมากที่ราชินีสามารถวางไข่ได้ 3 แบบ ทั้งตัวเมียลูกผสม เพศผู้ Ibiricus และเพศผู้ structor ฉันสงสัยว่าได้มีการทำ karyotyping หรือยัง และจริง ๆ แล้วพันธุกรรมของราชินีถูกลบออกจากไข่หรือเปล่า หรือว่าเมื่อยีนของ structor เข้ามาแล้ว ยีนของราชินีก็เพียงถูกทำให้เงียบลง (ซึ่งแค่นี้ก็น่าสนใจมากแล้ว) มันอาจเป็นปรากฏการณ์ซับซ้อนคล้าย ๆ ‘imprinting’ ก็ได้
  • เหมือน Zerg Queen ในโลกจริงเลย
• โลกของแมลงนี่น่าทึ่งจริง ๆ วิธีที่สิ่งมีชีวิตนี้อยู่ร่วมกับธรรมชาติก็พิเศษมาก ถ้าไม่มีแมลง ธรรมชาติก็คงไม่มีอยู่เหมือนกัน