تحول قابلیت فداکاری: چرا برخی از مورچهها بهجای زره، تعداد بیشتری را برگزیدند
مورچههایی که کارگران زیادی دارند، تمایل دارند انرژی کمتری برای زرهدار کردن آنها صرف کنند.
معادلهٔ تعادل بین کیفیت و کمیت یک معضل اساسی اقتصادی است. اکنون، یک تیم از پژوهشگران بریتانیایی، آمریکایی و ژاپنی توصیف میکند که این موضوع چگونه در زیستشناسی نیز صدق میکند. آنها کشف کردهاند که بهاحتمال زیاد، این معضل مسیر تکاملی مورچهها، یکی از موفقترین گروههای موجودات روی زمین، را شکل داده است.
مطالعهٔ آنها نشان میدهد که با رشد پیچیدگی و تعداد اجتماعات مورچهها، نه تنها کارگران را کوچکتر کردند، بلکه هزینهٔ ساخت آنها را نیز کاهش دادند.
هزینهٔ زره
در جهان حشرات، قشر یا پوستهٔ بیرونی بهعنوان سپری محافظ در برابر شکارچیان، میکروبها و خشکی عمل میکند و همچنین چارچوب ساختاری برای اتصال عضلات فراهم میسازد. اما این محافظت هزینهبردار است. ساخت یک قشر مستحکم به مقدار زیادی نیتروژن و مواد معدنی نادر همچون روی و منگنز نیاز دارد. در حالی که صرفهجویی در زره برای یک حشرهٔ تکنفره میتواند سرنوشت مرگ باشد، بهنظر میرسد که تکامل مورچهها راهی برای عبور از این محدودیت پیدا کرده است.
«این سؤال در زیستشناسی وجود دارد که با پیچیدهتر شدن جوامعی که افراد در آنها زندگی میکنند، برای افراد چه اتفاق میافتد؟» گفت ایوان اکونمو، حشرهشناس دانشگاه مریلند و یکی از نویسندگان مشترک این مطالعه. «بهعنوان مثال، خود افراد ممکن است سادهتر شوند، زیرا وظایفی که یک موجود منفرد باید بهطور مستقل انجام دهد، میتواند توسط یک جمعهگی انجام شود.»
تیم اکونمو فرض کرد که تعادل متابولیک سرمایهگذاری در قشرهای حشرات اجتماعی مانند مورچهها میتواند به نفع کل جمعهگی باشد تا فرد. ایده این بود که یک کلونی با ۱۰٬۰۰۰ کارگر میتواند چندین فرد را بهدست یک شکارچی از دست بدهد بدون اینکه عواقب جدیای داشته باشد؛ بنابراین سرمایهگذاری سنگین بر دفاع هر کارگر میتواند هدر دادن مواد مغذی گرانبها باشد. برای آزمون این فرضیه، آنها بررسی کردند که آیا شاخههای مورچهای که نیروی کار عظیم و تخصصی حفظ میکنند، سرمایهگذاری در قشر افراد خود را کاهش میدهند یا نه.
اسکن ارگانیسمهای فراجمعی
برای آزمون این ایده، پژوهشگران به یک مطالعهٔ مقایسهای دربارهٔ آناتومی مورچهها در مقیاسی بیسابقه نیاز داشتند. «ما با اسکنهای نمونهها و گونههای مورچه از سراسر جهان کار کردیم تا تنوع جهانی مورچهها را بهدست آوریم»، ایوان اکونمو میگوید. تیم از پایگاه دادهٔ عظیمی به نام Antscan استفاده کرد که شامل تصاویر میکروتوموترافی ایکس‑ری سهبعدی مورچهها از تمام نقاط جهان است.
میکروتوموترافی مشابه اسکنهای سیتی پزشکی کار میکند، اما با وضوح بسیار بالاتری. با این حال، این تکنیک به تنهایی تنها میتواند مقدار زیادی دادهٔ دقیق تولید کند—و باز هم نیاز به تفسیر دارد. بررسی تصاویر سهبعدی بیش از ۸۸۰ نمونه، شامل کارگران، ملکهها و نرها از بیش از ۵۰۰ گونهٔ مختلف، یک چالش دیگر بود. «اسکنگیری سهبعدی خود تکنولوژی بسیار پیشرفتهای است»، میگوید آرتور مت، پژوهشگر دانشگاه کمبریج و نویسندهٔ اصلی این مطالعه. «اما حتی پس از داشتن مورچهها در فضای سهبعدی، تقسیم دستی هر بافت مورد نظر همچنان بسیار دشوار است.»
برای حل این مسئله، مت الگوریتمی بینایی کامپیوتری برای «تقسیمبندی بدون نظارت» توسعه داد. چون قشر همیشه لایهٔ بیرونی یک آرترپود است، الگوریتم میتواند بهصورت خودکار حجم اسکلت خارجی را در تمام مورچههای موجود در مجموعه داده شناسایی و اندازهگیری کند.
اولین نکتهای که دانشمندان هنگام دریافت نتایج متوجه شدند این بود که سرمایهگذاری بر قشر بهشدت متغیر بود و از ۶ درصد تا ۳۵ درصد از حجم کل بدن هر مورچه متغیر میشد. بنابراین، مرحلهٔ بعدی آنها بررسی دلایل این تفاوتها بود.
بازی اعداد
تیم شروع به بررسی این کرد که چه عواملی مانند رژیم غذایی، دما، رطوبت و سبک گردآوری غذا با اندازهٔ قشر ارتباط دارند. برای درک بهتر این ارتباط، اسکنهای سهبعدی تقسیمبندیشده به مدلهای تکاملی وارد شدند. مت توضیح داد: «یکی از نکات ژرفنگرانهای که انجام دادیم، حذف جداگانهٔ این متغیرها از مدلها بود تا سهم هر یک را در سرمایهگذاری نهایی بر قشر برآورد کنیم». با این روش، دانشمندان دریافتند که دما تنها ۱۲ درصد از تغییرات در اندازهٔ قشر را بیان میکند و رژیم غذایی—بهویژه محتوای نیتروژن آن—۳۷ درصد دیگر را توضیح میدهد. اما عاملی که بیشترین تأثیر را بر مدل داشت، اندازهٔ کلونی بود.
مورچههایی که سرمایهگذاری کمتری روی قشر خود داشتند، تمایل به داشتن اندازهٔ کلونیهای بسیار بزرگتری داشتند. بهطور شگفتانگیزی، این کاهش سرمایهگذاری بر قشر و افزایش consequentی در اندازهٔ کلونی، با نرخ بالاتر تنوعپذیری همراه بود. بهعبارت دیگر، مورچههای نرمتر میتوانستند سریعتر نسبت به خویشاوندان سنگینزره خود، به حوزههای جدیدی تکامل یابند. مت پیشنهادی میکند: «نیاز کمتر به نیتروژن میتواند این مورچهها را چندکارهتر کرده و توانمند به تسخیر محیطهای جدید سازد». این کارآمدی ممکن است بهمورچهها اجازه داده باشد تا از تغذیه بر پایهٔ شکارچیان پر‑پروتئین به منابع مایع شکر فراوان ولی کممغذیتر مانند شیرهٔ حشرات یا شهد گلها منتقل شوند.
«مورچهها سرمایهگذاری بر هر کارگر را در یکی از بافتهای پرهزینهٔ تغذیهای برای کل جمعهگی کاهش میدهند»، مت توضیح میدهد. «آنها از سرمایهگذاری شخصی به سمت نیروی کار توزیعشده تغییر جهت میدهند.»
قدرت جمع
پژوهشگران بر این باورند که نمویی که در مورچهها مشاهده کردند، بازتابی از روندی کلیتر در تکامل پیچیدگیهای اجتماعی است. انتقال از زندگی تکنفره به جامعههای پیچیده، همانند گذار از ارگانیسمهای تکسلولی به چندسلولی است.
در یک ارگانیسم تکسلولی، سلول باید یک «تخصصگر تمام توان» باشد و تمامی عملکردهای لازم برای بقا را انجام دهد. در یک حیوان چندسلولی، اما، سلولهای فردی غالباً سادهتر و تخصصیتر میشوند و برای حفاظت و منابع به جمعهگی وابسته میشوند.
«این یک الگوست که تکامل چندسلولی را بازتاب میدهد؛ جایی که واحدهای تعاونی میتوانند بهصورت فردی سادهتر از یک سلول تنها باشند، اما بهصورت جمعی قابلیت پیچیدگی بسیار بالاتری داشته باشند»، مت میگوید. همچنان سؤال اینکه آیا کاهش سرمایهگذاری بر افراد بهمنظور تقویت جمعهگی برای موجودات غیر از مورچهها منطقی است یا نه، باز است و بهنظر میرسد این مسئله بیشتر به موضوع جنسیت مرتبط است تا به اقتصاد تغذیهای.
کارگران فدایپذیر
این مطالعه بر مورچههایی متمرکز بود که پیشاپیش تقسیم کارهای تولیدمثلی دارند؛ بهطوری که کارگران تولید مثل نمیکنند. این ساختار اجتماعی احتمالاً پیششرط کلیدی برای استراتژی کارگر ارزانقیمت است. برای تیم، این دلیل این است که تا کنون الگوهای تکاملی مشابهی را در موجودات اجتماعی پیچیدهتری مانند گرگها که در گروهها زندگی میکنند—یا انسانها با اجتماعهای فوقالعاده پیچیدهشان—یافته نشدهاند. گرگها و انسانها هر دو اجتماعیاند، اما در زمینهٔ تولیدمثل، خود‑محوری فردی بالایی را حفظ میکنند. کارگرهای مورچه میتوانند فدایپذیر باشند چون ژنهای خود را انتقال نمیدهند—آنها در واقع ادامهٔ استراتژی تولیدمثلی ملکه هستند.
پیش از جستجوی نشانههای رویکردهای شبیهمورچهای نسبت به معضل کیفیت‑در‑برابر‑کمیت در سایر گونهها، تیم قصد دارد نگاه دقیقتری به مورچهها داشته باشد. اکونمو، مت و همکارانشان در صدد گسترش تحلیل خود به سایر بافتهای مورچه، مانند سیستم عصبی و عضلات، هستند تا بررسی کنند آیا کاهش هزینهٔ افراد فراتر از اسکلت خارجی پیش میرود یا نه. همچنین آنها به بررسی ژنومهای مورچه میپردازند تا بفهمند چه نوآوریهای ژنتیکی امکانپذیر ساختن تغییر از کیفیت به کمیت را فراهم کردهاند. مت میگوید: «ما هنوز کارهای زیادی برای درک تکامل مورچهها داریم.»
Science Advances. 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adx8068