Eusozialität und Arbeitsteilung

Charles Darwin hatte ein Bienenproblem. Bienen bauten Bienenstöcke, die für eine Königin arbeiteten, aber die Arbeiter, die Nahrung sammelten und sich um die Jungen kümmerten, hatten keine eigenen Jungen. Dieses Verhalten wird als Altruismus bezeichnet, das Verhalten eines Tieres, das einem anderen auf eigene Kosten nützt. Wenn die Evolution durch natürliche Selektion von der Fähigkeit des Leistungsfähigsten zur Fortpflanzung angetrieben wurde, warum gab es dann Bienen? Solch einfache Instinkte wie Bienen, die einen Bienenstock bauen, könnten ausreichen, um meine ganze Theorie über den Haufen zu werfen, schrieb Darwin. Zu dieser Zeit hatte er keine gute Erklärung für solch aufopferungsvolles Verhalten, obwohl er später andeutete, dass diese Eigenschaft vielleicht in einer Population existieren könnte, wenn sie der Familie hilft.

Darwin fehlte das Schlüsselwissen – die Genetik – was bedeutete, dass er nicht wusste, wie Merkmale vererbt oder weitergegeben werden. Aber der Mönch, Gregor Mendel, tat es. Sein Grundlagenwerk über Genetik und Vererbung wurde 1866 veröffentlicht und eröffnete mögliche Hinweise. Andere Wissenschaftler schlugen dann vor, dass Verwandtschaft, also die Anzahl der Gene, die zwei Individuen teilen, der Schlüssel zur Evolution des Altruismus war. Zum Beispiel teilen Geschwister 50 % ihrer Gene, während Cousins ersten Grades 12,5 % teilen. Es musste einen Punkt geben, an dem es vom genetischen Standpunkt aus besser war, seinem Verwandten zu helfen, auch wenn es einen verletzte, als sich selbst zu helfen.

Im Jahr 1964 erstellte der Evolutionsbiologe und Ökonom WD Hamilton eine Gleichung, um mathematisch zu beschreiben, wann dieser Punkt war. Die Gleichung ist definiert als r x B > C. "R" ist die genetische Verwandtschaft zwischen dem Akteur und dem Empfänger. "B" ist der Fitnessvorteil für den Empfänger... und "C" sind die Kosten für den Schauspieler. Wenn r x B > C ist, ist es von Vorteil, altruistisch zu handeln.

WD Hamiltons Gleichung hilft zu erklären, wie sich die Bienengesellschaft entwickeln und existieren kann. Heute nennen wir die Bienengesellschaft und ähnliche Gesellschaften eusozial, ein Begriff, der 1966 von Suzanne Batra geprägt wurde, als sie eine Bienenart untersuchte, die kooperative Brutzucht praktizierte. Seitdem haben Wissenschaftler die Eusozialität in zahlreichen Tiergesellschaften dokumentiert. Viele wie Bienen, Ameisen und Termiten sind Insekten ... aber einige sind Säugetiere wie Nacktmulle.

Eusozialität gilt als die höchste Ebene der sozialen Organisation, die Tiere praktizieren. Es gibt drei Dinge, die die meisten eusozialen Gesellschaften gemeinsam haben. Sie betreiben eine gemeinschaftliche Brutaufzucht, was bedeutet, dass wie bei Bienen viele Tiere zusammenarbeiten, um die Jungen eines anderen aufzuziehen. Sie haben sich überschneidende Generationen, was bedeutet, dass Geschwister - wie dieser ältere Nacktmull - sich um jüngere Geschwister kümmern können ... und es gibt eine Arbeitsteilung, normalerweise zwischen reproduktiven Kasten, wie diese Blattschneiderameisen zeigen.

Es gibt zwei Hypothesen für die Evolution der Eusozialität. Die erste ist die Haplo-Diploidie-Hypothese. Bienen und Ameisen haben nicht wie Menschen zwei Geschlechtschromosomen. Männliche Bienen haben nur einen Chromosomensatz. Sie erhalten alle ihre Gene von der Königin, die sie gelegt hat. Weibchen hingegen sind diploid und erhalten einen Satz von ihrer Königin, die ebenfalls diploid ist, und einen Satz von einem Männchen, typischerweise aus einem anderen Bienenstock. Königinnen speichern Spermien aus der Paarung, was bedeutet, dass die meisten Arbeiterinnen aus Spermien von nur wenigen potenziellen männlichen Partnern erzeugt werden. Das bedeutet, dass Schwestern im Durchschnitt mehr Gene miteinander teilen als mit ihren Müttern oder hypothetischen Töchtern, so dass es evolutionär vorteilhaft ist, bei der Erziehung ihrer Geschwister zusammenzuarbeiten. Allerdings haben nicht alle eusozialen Spezies diese Art der Geschlechtsbestimmung. Die ökologische Hypothese legt nahe, dass der Lebensraum eines Tieres das eusoziale Leben vorteilhaft machen könnte. Zum Beispiel müssen Termiten zusammenarbeiten, um Nahrung aus totem Holz zu sammeln, und das Zusammenleben kann ihnen helfen, benachbarte Kolonien zu bekämpfen oder Schutz vor Raubtieren zu finden.

In diesem Lab führen Sie und Ihre Klassenkameraden eine Reihe von Übungen durch, um sowohl eusoziale als auch solitäre Gesellschaften zu simulieren. Funktioniert eine Strategie besser als die andere?