Evolutionært trick: Bille parrer sig én gang og gemmer sæd til de næste 30 år
Efter parringen overlever hanbillen kun som sæd gemt i hunnen. Billens usædvanlige livsstil kaster nyt lys på en grundlæggende gåde, der har plaget biologer siden Darwin: Hvordan samarbejde udvikles.
austroplatypus_incompertus_traebille_sex_evolution_monogami_permanente_sterile_arbejdere_3_5.jpg

A. incompertus' liv er yderst fascinerende. Efter parringen dør hannen, mens hunnen gemmer sæden og etablerer sin koloni i et eukalyptustræ. Her bor hun de næste 30-40 år af sit liv og får masser af yngel gennem sæden fra hannen, som hun har gemt i en slags lomme. (Illustration: Kent et al./ Zookeys)

Man må ofre meget for sin familie.

Ikke mindst hvis man lever i et eukalyptustræ og er en australsk borebille med det latinske navn Austroplatypus incompertus.

Den lille borebille på omtrent en halv centimeter kaster nu med sin meget specielle livsstil lys på et af biologiens grundlæggende spørgsmål:

Hvordan er samarbejde opstået?

Det har et hold forskere, herunder professor Jacobus Boomsma ved Center for Social Evolution på Biologisk Institut, Københavns Universitet, netop offentliggjort et studie om i det videnskabelige tidsskrift Nature Ecology & Evolution.

Historien kort
  • Nye detaljer om sexlivet hos en australsk bille støtter evolutionær sammenhæng mellem monogami og udviklingen af samarbejde.
  • Billen er den første ud af næsten 400.000 biller, som har en kaste af arbejdere, der har ofret evnen til selv at stifte familie.
  • Studiet viser, at monogami er en nødvendig grundsten for at udvikle de sociale komplekse samfund, som især er kendt fra myrer og bier.

Samarbejde er en evolutionær gåde

Samarbejde strider ved første øjekast imod den eneste møntfod, som tæller i evolutionen - udbredelsen af sine egne gener.

Ikke desto mindre står det klart, at samarbejde er grundlæggende for at forstå udviklingen af dyrs komplekse samfund.

Ingen steder sættes samarbejde så meget på spidsen som hos de 'sociale insekter' - myrer, bier og termitter - der er berømte for deres kaster af sterile arbejdere.

Det er individer, som i ultimativ uselviskhed har ofret evnen til at stifte egen familie for i stedet at blive hjemme, hjælpe med det fælles husholdningsarbejde samt fodre og beskytte boets yngre indbyggere.

De fleste teorier bygger imidlertid på studier af insekter inden for samme insekt-gruppe kaldet Hymenoptera, og som netop omfatter myrer, bier og gedehamse.

»Det gør det vanskeligt at skelne præcis, hvilke faktorer der er de afgørende, og hvilke faktorer der bare gør sig gældende for de mest studerede eksempler,« skriver adjunkt Nicholas G. Davies ved London School of Hygiene and Tropical Medicine, England, i en såkaldt News and Views artikel - dvs. en tilhørende perspektiv-artikel i samme nummer af Nature Ecology & Evolution.

Og det er her, den lille borebille kommer ind i billedet som et eksempel fra et helt andet insekt-samfund - billerne.

Billen som test af monogami-hypotese

»For efterhånden en del år siden mødte jeg førsteforfatter (på det nye studie, red.), Shannon Smith, på en konference og spidsede ører, da hun fortalte, at hun arbejdede på at opklare billens sociale struktur med genetiske markører (ved at se på deres DNA, red.),« siger Jacobus Boomsma.

Shannon Smith er ved Macquarie University i Sydney, Australien.

Jacobus Boomsma havde fremført en hypotese om, at livslangt monogami var helt afgørende for at udvikle de sociale insekters ekstreme samarbejde, og han så, hvordan billen kunne være fin test af hypotesen.

Med en kortlægning af billens DNA ville forskerne så at sige kunne skære ind til benet og identificere, hvilke evolutionære regler (såsom monogami), der gælder generelt på tværs af vidt forskellige udviklingslinjer, og hvilke regler der er særtilfælde for de enkelte linjer, dvs. uden bredere interesse evolutionært set.

Vi vender tilbage til monogamien lidt senere i artiklen – men først lidt om den fascinerende bille.

Sæd kan gemmes i op til 30-40 år

Siden begyndelsen af 1990'erne har forskerne afdækket detaljerne i A. incompertus specielle liv.

Billen er et fascinerende væsen. Efter parringen dør hannen, men hunnen etablerer sin koloni ved at bore gange i et eukalyptustræ, hvor hun, hvis alt går vel, vil tilbringe de næste 30-40 år af sit liv.

Det er et møjsommeligt arbejde. Først borer hun en lille indgangstunnel i træet, hvorefter hun splitter gangen op i en højre og en venstre, som følger træets årringe.

austroplatypus_incompertus_traebille_sex_evolution_monogami_permanente_sterile_arbejdere_3_5.jpg

(a) Billen lever i eukalyptustræer i det sydøstlige Australien. (b) Den lever i vandrette gange boret ud i fuldvoksne eukalyptustræer. Træerne tager ikke skade af billens tunnelbolig, men for at indsamle biller, æg og pupper fælder forskerne træerne. De indfanger også nye generationer med netkasser foran indgangen (ikke vist). (c) Billeder af entreen og dens udvikling ca. år 1, 4, 10 og 30. Tegningerne viser, hvordan gangene gradvist udbygges rundt langs træets årringe. (Foto: Smith/Boomsma/ Nature Ecology & Evolution)

Hun har nok at gøre, for udover borearbejdet etablerer og passer hun en have af svampe, som hun og hendes afkom skal leve af.

Hun holder tunnelerne fri for træets hurtigtstørknende saft, og hun er altid parat til at forsvare boet mod fjender ved at placere sin rumpe, beklædt med spidse 'kaktus-pigge', som en prop i indgangen.

Sådan går dagene i tre år (!), indtil hendes første afkom er blevet til larver, store nok til at bidrage.

Efter endnu et år er de første biller udvokset, og de fleste forlader hurtigt kolonien for at finde en mage.

Nogle døtre bliver tilbage

Men nogle få døtre bliver tilbage og dedikerer sig fuldstændigt til at hjælpe moderen med at passe kolonien.

De lever sådan i 30-40 år, hvor moderen, dronningen, lægger hundredvis af æg befrugtet med sæd fra parringen med hannen, opbevaret i et særligt sædgemme.

Austroplatypus incompertus ser dermed ud til at være et vaskeægte tilfælde af en social bille med sterile arbejdere.

»Det her er første gang, vi har beskrevet detaljerne af denne avancerede form for socialitet i en bille - til trods for, at der findes næsten 400.000 billearter i verden,« siger Shannon Smith i en pressemeddelelse om studiet.

austroplatypus_incompertus_traebille_sex_evolution_monogami_permanente_sterile_arbejdere_3_5.jpg

Elektronmikroskop-billeder af billens ben viser, hvordan arbejder-døtrene (a) slider de yderste fem segmenter af (a) inkl. en klo, som er nødvendig, for at de kan sidde på lodrette flader. Uden den klo er døtrene bundet til boet og kan aldrig finde en mage. Æggestokke fra arbejderdøtrene er små og visne, og det brune sædgemme er tomt (c) Æggestokke fra dronningen er meget større og aktive, og sædgemmet er fyldt med sæd. (Foto: Smith/Boomsma/ Nature Ecology & Evolution)

Første billeslægt med permanente, sterile arbejdere

I studiet har hun og Boomsma fundet, at de tilbageværende døtre (arbejderne) umuligt kan forlade kolonien og parre sig, fordi arbejdet hurtigt slider et sæt klør på benene ned.

Sagen er nemlig, at billerne parrer sig på de lodrette sider af eukalyptustræer, og uden kløerne kan døtrene ikke hænge fast.

De kunne i princippet parre sig med deres brødre, men det kan forskerne også afvise - af 76 arbejdere fra 13 kolonier finder de ingen arbejdere med den mindst smule sæd i sæd-gemmet.

»Hvis det holder vand, vil det være en fuldstændig ny femte gruppe af insekter med permanente (sterile, red.) arbejdere - de fire kendte slægtslinjer er myrerne, bierne, gedehamsene og de højere termitter,« siger Jacobus Boomsma.

Hypotese: Monogami er afgørende for insekternes samarbejde 

Spørgsmålet om, hvordan de sterile arbejdere kan opstå, har rumsteret siden Darwin.

Men i 1964 offentliggjorde den britiske biolog William Hamilton en skelsættende ligning, der gav et elegant svar.

Han viste kort sagt, at social adfærd forventes at opstå, hvis arbejderne samlet set bidrager mere til videreførelsen af deres egne gener, end de mister ved ikke selv at få afkom.

Men hvordan kan man bidrage til sine egne gener ved at hjælpe et andet individs afkom?

Det kan man kun, hvis afkommet er ens egne nære slægtninge, og det er her, Boomsma's hypotese om monogami kommer i spil.

Hvis hypotesen er rigtig - at monogami er en generel nødvendig evolutionær faktor for at udvikle sterile kaster - må billen også være monogam.

Ægte søskende (med samme mor og far) er nemlig i gennemsnit ligeså beslægtede med hinanden som med deres eget afkom.

Men hvis ikke forældrene er strengt monogame, vil arbejderne kun være halvsøskende, og så falder systemet sammen.

Det er derfor, Boomsmas hypotese siger, at streng monogami - som er temmelig sjældent i naturen - burde fremme fremkomsten af systemer med permanent sterile arbejdere.

austroplatypus_incompertus_traebille_sex_evolution_monogami_permanente_sterile_arbejdere_3_5.jpg

Øverste datter forlader boet for at finde en mage. Grundlægger en ny koloni efter befrugtning, men 90 procent går til grunde, spises af fjender eller drukner i eukalyptustræets hurtigtstørknende saft, kino. Nederste datter bliver i boet og bliver aldrig befrugtet. Vil typisk leve et langt mindre farefyldt liv end døtre, der forlader boet, og vil leve i årtier, indtil hun dør af alderdom. (Illustration: Smith/Boomsma/ Nature Ecology & Evolution)

Spørgsmålet om monogami var nøglen til gåden

Hamiltons ligning har de sidste 50 år lagt et fundament under forståelsen af evolution af dyresamfund, men i 2010 sprang en heftig debat op, da en af de førende forskere i sociale insekter, biologen E.O. Wilson, sammen med to kolleger fra Harvard University, matematikerne M.A. Nowak og C.E. Tarnita, i en artikel i Nature hævdede, at slægtsskabet slet ikke betyder noget.

De fremførte, at man ikke havde beviser nok til at kunne tale årsagssammenhænge mellem monogami og udviklingen af samarbejde, og at de samfundsstrukturer, man ser hos myrerne og bierne, bare kunne være opstået som et resultat af nogle særlige faktorer i omgivelserne.

Artiklen kastede tvivl om Hamiltons ligning og derfra store dele af fundamentet under årtiers forskning i evolution og økologi.

Og det helt centrale var spørgsmålet om monogami.

»Utvetydig evidens for monogamis væsentlighed«

Men hvordan afslører man, om dronningemoderen har været en dydig eller en uartig prinsesse?

Arvemateriale - DNA - er selvfølgelig måden at fastslå den slags, og det var det, Shannon Smith i sin tid fortalte Boomsma om.

I det nye studie har de så undersøgt DNA fra 559 æg, pupper, larver og arbejdere fra 33 kolonier.

Og på samme måde som med en faderskabstest kan de vise, at bille-individerne fra samme koloni alle sammen har de samme to monogame forældre.

»Studiet er omfattende og giver os utvetydigt evidens for væsentligheden af monogami,« siger lektor ved Center for Social Evolution, Michael Thomas-Poulsen, som ikke selv har været en del af forskningen.

»Studiet viser samtidig den tydelige fordel, der er ved at indgå som arbejder i kolonien - dødeligheden er høj for individer, der starter en koloni, så der er en fordel ved ikke at forlade sin fødekoloni, men blive og arbejde.«

austroplatypus_incompertus_traebille_sex_evolution_monogami_permanente_sterile_arbejdere_3_5.jpg

De øverste rækker viser hvert år 1-5, indtil det første kuld voksne biller forlader boet, undtaget nogle få døtre, som giver afkald på selv at stifte familie og bliver arbejdere resten af koloniens levetid. Hunbillen befrugtes i marts-april og grundlægger straks boet. Den borer gange og lægger de første æg i februar. År 2 udvikles æg gennem 4 larvestadier. I februar lægges andet hold æg. År 3 kan store larver i sidste stadie begynde at hjælpe dronningemoderen med at udvide gangene. År 4 kan andet hold store larver også hjælpe. December forpupper de første larver sig. År 5: De første arbejdere rekruteres, når første hold biller kommer ud af pupperne mens de fleste afkom forlader kolonien for at finde en mage. Dermed er første cyklus fuldført, og hvert år følger et nyt hold biller - sidste række viser år 6-40. Modsat myrers og biers arbejdere lever A. incompertus arbejdere i årtier, det lange liv hænger måske sammen med det beskyttede miljø billerne lever i. (Illustration: Smith/Boomsma/ Nature Ecology & Evolution)

Slægtskabstræ giver rækkefølgen

Ydermere kan Boomsma, Shannon og kollegerne med det nye studie underbygge billedet af hypotesen ved at tegne et slægtsskabstræ og følge udviklingshistorien af forskellige beslægtede billers livsstil.

Alle de andre træborende billeslægtninge er også monogame, mens de andre deler forældrebyrden med at passe ynglet mellem far og mor og ingen sterile arbejdere har.

Det vidner om en rækkefølge, hvor monogami er kommet først, og efter at det var etableret, at alle afkom var fulde søskende, kunne udviklingen af en steril kaste opstå.

Samlet set er der dermed lagt godt med nye beviser i vægtskålen for, at monogami-hypotesen holder, og at der faktisk er tale om en årsagssammenhæng mellem monogami og udviklingen af samarbejde.

»Det hele koger ned til, at billerne var en perfekt test af min hypotese. Jeg håber, der kan forskes videre i dette unikke sociale system, selvom disse biller er besværlige at arbejde med, bl.a. fordi man skal søge om tilladelse til at fælde en række voksne Eucalyptustræer,« siger Jacobus Boomsma.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.