Jaké je pohlaví mravenců?

Mravenec (lat. Formicidae) je hmyz z nadčeledi Antidae. Jako sociální hmyz tvoří mravenci v přírodě tři skupiny: samice, samci a dělnice [1].

Samice a samci mají oproti dělnické třídě výhodu: mají křídla. Mravenci žijí ve velkých rodinách v mraveništích – hnízdech, která si mravenci staví v různých typech půdy, ve dřevě, pod těžkými předměty, například pod kamenem. Mravenci žijící v blízkosti člověka jsou považováni za škůdce. Žije zde více než 14 000 druhů a 345 rodů mravenců. V Rusku bylo zaznamenáno více než 260 druhů ze 44 rodů mravenců [2] [3]. Věda, která studuje mravence, je myrmekologie. Jejím zakladatelem je entomolog Erich Wasmann [3].

Popis rodiny

Etologové, ekologové a fyziologové tvrdí, že mravenci jsou evolučně nejvíce vyvinutým hmyzem [4]. Jejich rodina je mnohostranný společenský mechanismus. Mají rozvinutou dělbu práce, zavedený komunikační systém a vysokou sebeorganizaci. Takové dovednosti, vytvořené během evoluce, pomáhají jednotlivcům dodržovat určitý algoritmus při plnění svých úkolů, což je pro jednoho zástupce nemožné.

Morfologie a anatomie mravence

V morfologii se mravenci vyznačují přítomností geniculárních tykadel a metapleurální žlázy. Mravenci se skládají ze tří různých částí těla [3]: hlavy, mezozomu a břicha.

Řapík – úzký pas mezi třemi hrudními sekcemi a prvním břišním segmentem, splývajícím s nimi, a břichem mravence. Skládá se z jednoho nebo dvou segmentů [5].

Mravenci, stejně jako ostatní hmyz, mají také exoskelet – vnější obal, který chrání a podporuje celé tělo. Nervový systém se nachází po celé délce těla ve ventrálním nervovém provazci a zahrnuje také několik vzájemně propojených nervových ganglií. Všechna dočasná spojení se tvoří v suprafaryngeálním ganglionu. Nejvíce ho mají mravenci pracovní kasty a nejméně ho mají samci [6].

Mravenci mají složité složené oči, které se skládají z mnoha drobných čoček. Jejich oči jsou vynikající při detekci pohybu, ale nemají vysoké rozlišení. Kromě toho mají jedinci na temeni hlavy tři obyčejné ocelli. Určují úroveň osvětlení a polarizaci světla. Nejčastěji mají mravenci průměrný zrak a podzemní druhy jsou zcela slepé [7].

Na hlavě jsou tykadla, která jsou definována jako smyslové orgány. Pomáhají detekovat chemikálie, proudění vzduchu a vibrace. Mravenci se jimi také dotýkají jiného jedince, aby mohli přijímat nebo vysílat různé signály. Mravenci mají na hlavě silná kusadla. Jedinci je neustále využívají při stavbě hnízda, k obraně nebo přepravě výživových předmětů [5]. V závislosti na druhu mravence mají tyto kusadla jedinečné schopnosti, například velký úhel otevření nebo velkou sílu stlačení. Jiný druh může mít malé rozšíření jícnu – strumu. Uchovává získanou potravu, distribuovanou mezi ostatní jedince v mraveništi.

Aby mravenec šplhal po svislých plochách, má zahnutý dráp, který se nachází na spodní straně všech nohou. Mravenci mají také křídla. Mají je pouze královny a samci. Po pářícím letu však královny přijdou o křídla [8] tím, že je ohryzou.

Stavba těla dělnice mravence

Mravenčí žlázy

V břiše mravence je obrovské množství různých žláz, které nejsou pouze rozmnožovací a vylučovací. Mnoho druhů mravenců z dělnické třídy má kvůli jejich neužitečnosti místo ovipositora žihadlo. V průběhu evoluce nabral ovipositor podobný tvar. Jeho jedinci se využívají k extrakci potravy, dále v obranných či útočných funkcích [9]. Proto je u některých druhů žihadlo buď modifikováno během evoluce, nebo značně zjednodušeno.

Jiné žlázy mohou vylučovat signální látky. Různé druhy mravenců je počítají na desítky. Takové žlázy se u jedinců stejného druhu navzájem neshodují [7]. Mají zásadní rozdíly v množství, tvaru a základních funkcích. Exokrinní systém má přes 75 žláz, které jsou přítomny v celém těle. Feromony uvolněné těmito žlázami se používají k výrobě dalších materiálů. U jiných druhů mravenců však mohou některé žlázy snadno chybět. Na obranu mohou mravenci využít i pohlavní žlázy, které se u dělnic změnily. Mezi nimi je jedovatá žláza, která produkuje kyselé vylučování. Mravenci, kteří nejsou agresoři, obsahují jed z kyseliny mravenčí. Rozprašují sekret na dálku a uvolňují přitom „poplachové feromony“. Čím silnější je mravenčí jed, tím složitější bude jeho složení [10]. Ne všechny feromony jsou však zaměřeny na útok a obranu mraveniště. Některé druhy produkují stopové feromony.

Struktura rodiny

Mravenčí rodina je dlouhodobé, vysoce vyvinuté sociální společenství mravenců stejného druhu [7]. Skládá se z:

• potomstvo, jinak nazývané plod. Patří sem vajíčka, larvy a kukly mravenců;
• dospělí pohlavní jedinci – ženy a muži;
• pracující jednotlivci.

Mravenci vytvářejí obrovské rodiny, čítající asi milion jedinců [7]. S tak velkým počtem vytvářejí nejen obrovské hnízdo, ale vysoce organizovanou kolonii, která zabírá značný prostor. Četné rodiny obsahují hlavně sterilní bezkřídlé samice patřící do třídy dělníků, vojáků a dalších speciálních jednotek. Často je v rodině jedna nebo více chovných samic a samců. Mravenčí rodiny jsou často nazývány superorganismem kvůli vysoké úrovni jednoty a vzájemné shody a také schopnosti jednat soudržně v různých situacích.

Mravenčí královna

Počet reprodukčních samic v mravenčí rodině závisí na typu jedinců a jejich počtu, proto jich může být v jedné rodině až více. Takové samice se nazývají královny nebo královny. Od dělnické třídy se liší stavbou prsou a větší velikostí. Mají křídla, ale po oplodnění o ně přijdou, protože si je ukousnou [1]. U některých druhů mravenců mohou být samice dokonce bezkřídlé a mají jednoduchou stavbu hrudníku.

Samice se během „svatebního letu“ [1] páří pouze jednou, přičemž dostává zásobu samčího spermatu, které se postupně spotřebovává po celý její život. Královna se páří jednou za život a dostává obrovské zásoby samčích spermií, které jí vydrží na celý život. Standardní délka života královny je ve světě hmyzu maximum. Samice se dožívají 12 až 20 let [8]. To často závisí na druhu mravence. Oplodněné samice, již bez křídel [8], mohou založit novou kolonii nebo zůstat ve stejném hnízdě. Existují případy, kdy je samice z jiné rodiny přijata do jiné, ale je nutné, aby byly stejného druhu. Pokud vezmeme v úvahu situaci, kdy samice odejde na nové místo a nepřipojí se k jiné rodině, pak musí královna vytvořit první komůrku, do které bude následně snášet vajíčka. U samic existují dva typy činnosti, kromě reprodukční. V některých případech se královna zabývá získáváním potravy, a proto musí opustit mraveniště. Ale nejčastěji je samice neustále v hnízdě a krmí potomstvo. Je zvláštní, že počet krmných vajíček [8] je zpočátku velmi omezený, takže lze pozorovat značný rozdíl mezi dělnicemi první generace a následujícími (projevující se velikostí).

Muži

Samci mají v životě mraveniště tragický osud. Zpočátku se rodí z neoplozeného vajíčka [6] a mají pouze jednu sadu chromozomů od své matky. Málokdy se stane, že se z obyčejného vajíčka narodí sameček. Stejně jako samice mohou být některé druhy bez křídel, ale většinou se stane opak a v období rojení používají stejná křídla. Nedostatek křídel je však základem soubojů samců o mladou samici. Obecně platí, že jedinou úlohou samčího jedince v mraveništi je oplodnit mladou okřídlenou samičku. Samci se objevují v hnízdě krátce před „svatebním letem“ a po páření hynou.

Pracovní mravenci

Většina jedinců v mraveništi je třída dělnických mravenců. Pracovníci mravenci jsou také samice, mají však jednodušší stavbu těla. Totéž platí pro jejich reprodukční systém [7], absenci křídel a také očí, které mohou u některých druhů zcela chybět. U mnoha druhů existuje polymorfismus [7], což znamená, že jedinci ze stejného hnízda se liší fyzikálními faktory. Tento rozdíl pomáhá mravencům přidělovat určité úkoly v mraveništi. Hlavní úlohou této třídy je různorodá péče o hnízdo. Proto mají mravenci velcí dělníci neúměrně velkou hlavu, což jim dává převážně silná kusadla. Takovým mravencům se říká voják mravenci, protože svou výhodu využívají k obraně, kde se projevuje jejich vysoká účinnost. Zároveň je ale důležité poznamenat, že jejich hlavní povinnosti v rodině se neruší, a proto se jejich život mírně liší od ostatních pracujících jedinců. Kromě rozdílů ve velikosti dokazují mravenci svou intelektuální převahu nad jiným hmyzem dělbou práce [11]. Zatímco některé mohou královně pomoci s péčí o potomstvo, jiné nadále nosí potravu do hnízda nebo rozšiřují území mraveniště. Je také zvláštní, že v určitém druhu mravence může kasta dělníků nést potomky.

Vývoj a reprodukce

Mravenci jsou plně metamorfovaný hmyz a procházejí několika fázemi:

Všichni mravenci se líhnou z vajíček. Zvláštností je, že pokud bylo vajíčko oplodněno brzy, narodí se samice, pokud ne, samec. Nejčastěji se vejce skladují v určité malé hromádce, nikoli jednotlivě. Když přijde čas, vylíhne se z vajíčka larva, která je obklopena péčí a starostí dělnic. Ke krmení dochází i prostřednictvím pracujících jedinců. Vyvracejí tekutou potravu z úrody. Larvy se však mohou živit i tužší potravou, kterou přináší mravenci dělnice [5]. Příkladem takové potravy jsou semena nebo krmná vejce. Vnější obal larvy se natahuje jen do určitých mezí, proto dochází během vývoje k línání. Jejich počet závisí na druhu, ale obvykle jsou čtyři (možná tři nebo dokonce pět). Po línání začíná proces kuklení.

Před zakuklením si larva vyčistí střeva. U některých druhů si larvy před zakuklením vytvoří zámotek, jinak se jim říká „mravenčí vajíčka“. Larva uvnitř kokonu je volně umístěna a není spojena s tělem. Výživa, kterou larva dříve dostávala, velmi ovlivňuje její budoucí osud. Takže se může proměnit v královnu nebo se přidat k dělnické třídě. Pokud má druh v dělnické třídě zvláštní oddělení, pak výživa také ovlivňuje, čím přesně se kukla stane. Je důležité poznamenat, že existuje možnost, že se kukla může pohybovat po komorách pomocí pracovníků [11]. Tento pohyb je způsoben požadavkem na určitou teplotu, aby byly splněny potřebné podmínky. Proces zakuklení končí otevřením kukly, protože ji mravenec nemůže otevřít zevnitř.

První dny života nových pracovníků okamžitě začínají prací. Procházejí však několika fázemi různých prací. Nejprve se starají o potomstvo a královnu [1]. Dále rozšiřují hnízdo vytvářením nových tunelů a komor. A teprve pak se z nich stanou obránci mraveniště a sběrači potravy. Takový přesun z jedné speciality do druhé je náhlý a jedinec se nikde dlouho nezdrží. Vysvětluje to vysoký počet úmrtí mezi sklízeči, kde je potřeba nový personál.

Většina druhů se páří pomocí dvou speciálních jedinců: samice, která se později stane budoucí královnou, a samce. Existují však i rodiny mravenců, kde není hlavní královna a podobnou funkci může plnit i pracovní kasta. Takoví jedinci se nazývají gamergates a jejich rodiny se nazývají gamergates. Mnoho druhů vychovává pouze jednu generaci mravenců ročně. Děje se tak při pářícím letu samic a samců. Samci vzlétají dříve než samice, rozšiřují své feromony a samice je následuje. Mnoho samic se jednou páří s jedním samcem. Některé samice se však mohou pářit s deseti nebo více samci. Po úspěšném spáření si samice hledá místo pro nové hnízdo [8], kde si okusuje křídla, aby nakrmila první generaci. Vytvoří první komůrku, kam potom naklade vajíčka a oplodní je samčím spermatem. První generace mravenců je vždy menší a slabší než následující a pozdější jedinci. Stojí za zmínku, že v teplých oblastech se mravenci mohou vyvíjet celoročně, zatímco v chladných oblastech se dostávají do klidové fáze, aby přežili zimu.

Mravenci v období rozmnožování a další vývoj

Řád blanokřídlých blanokřídlých se vyznačuje haplo-diploidním mechanismem určování pohlaví – haplodiploidií. Pohlaví hmyzu je určeno výsledným počtem chromozomů. V tomto případě mají všechny samice (včetně dělnic společenských včel, vos, mravenců) diploidní sadu chromozomů, samci haploidní sadu, jinými slovy, buňky ženského těla mají dvakrát více chromozomů než samci. Počet chromozomů se liší v závislosti na druhu, například haploidní počet chromozomů u mravenců Ponera scabra rovná se 3 a y Myrmecia brevinoda 42, respektive diploidní počet chromozomů u těchto druhů se zdvojnásobí. Haplodiploidie má své vlastní vlastnosti, jednou z nich je, že samec nemůže mít žádnéotec“, ani”syn“, ale může existovat”dědeček“A”vnoučata“.

Během procesu oplození samice se samčí reprodukční buňky dostávají do zvláštního rezervoáru v těle samice – spermatéky, ve které mohou být uloženy po celý život samice. Spermie má své vlastní vlastnosti, zejména se může otevírat a zavírat, což určuje, zda je vajíčko oplodněno nebo ne. Když v těle ženy dozrává ženská reprodukční buňka – oocyt, má tato buňka, stejně jako všechny ostatní buňky ženského těla, diploidní sadu chromozomů, ale aby byla tato buňka schopna oplodnění, potřebuje získat zbavit se poloviny svých vlastních chromozomů – stát se haploidním, to se děje v procesu meiózy. Meióza neboli redukční buněčné dělení vede ke snížení počtu chromozomů na polovinu, což má za následek přechod z diploidní fáze do haploidní fáze životního cyklu. Samotný proces redukce buněčného dělení je poměrně složitý a zasahuje do cyklů. Poté, co buňka začne mít haploidní sadu chromozomů, může být buď oplodněna, nebo ne, když je spermatheca v těle ženy otevřená, dochází k fúzi mužských a ženských gamet – pohlavních buněk – a v tomto případě k ženskému pohlaví; buňka přes samčí obnovuje svou sadu chromozomů, stává se opět diploidní, ale s vloženým genetickým materiálem samce se z těchto diploidních vajíček nakladených dělohou vyvinou všechny ženské formy tohoto druhu – samice, dělnice, vojáci. Pokud je spermatéka uzavřena, samice rozmnoží neoplodněné vajíčko s haploidní sadou chromozomů a vyvine se z ní sameček. Samci jsou tedy nositeli matčiných genů, na rozdíl od svých sester, které nesou geny matky i otce. Z toho vyplývá, že sestry (ženy, dělnice, vojáci) sdílejí ¾ genomu mezi sebou, ½ s matkou a pouze ¼ s bratry, muži. Pokud jde o samce, jejich pohlavní buňky v procesu zrání v jejich těle procházejí odlišnými procesy na rozdíl od pohlavních buněk samice, není zde místo pro meiózu, buňky se dělí jiným procesem – metózou, jinými slovy Tento proces připomíná klonování a všechny pohlavní buňky samce obsahují celý jeho genom je geneticky identický s výjimkou mutací a je haploidní jako všechny ostatní buňky samčího těla. I když existují odchylky a samci jsou diploidní, všichni jsou sterilní, protože jinak by jejich potomci byli triploidní. Vrátíme-li se tedy k meióze, tento proces přeměny diploidní ženské zárodečné buňky na haploidní má za úkol chránit druh před zvyšováním počtu chromozomů s každou novou generací. Stejně jako metóza zárodečných buněk u mužů.

Partenogeneze je proces, při kterém se ženské reprodukční buňky vyvíjejí bez oplodnění. Dlouho nebylo tajemstvím, že dělnice mnoha druhů mravenců jsou schopny klást vajíčka v závislosti na druhu, tato vajíčka mohou být podle toho buď diploidní, nebo haploidní, mohou se z nich vyvinout samičí i samci; Dělníci lasius niger kladou jak diploidní, tak haploidní vajíčka, podobně jako mravenci dělnice Oecophilla Jsou také schopni snést obě vejce v nepřítomnosti samice. Mnoho dalších mravenců dělnic dělá totéž, přizpůsobené druhu (ne všichni jsou schopni snášet diploidní i haploidní vajíčka). Ve většině případů je běžnější, že dělnice kladou haploidní vajíčka. Pracovníci mravenců mají obvykle výrazně menší počet vaječných trubic než reprodukční samice a dělnice tak evolučně vyspělých rodů, jako je např. tetramorium, Monomorium и Solenopsis Obecně již nemají vaječníky a nejsou schopny klást žádná vajíčka, v některých případech je to však možné u dělnic jiných druhů. A pokud je zcela jasné, jak se vajíčka dělnic mohou ukázat jako haploidní, pak vyvstává otázka, jak jsou vajíčka s diploidní sadou chromozomů kladena bez oplodnění. To je možné, když jeden z cyklů redukčního dělení oocytu vypadne a vajíčko se dále vyvíjí, zatímco zůstává diploidní, místo aby se po projití všech cyklů redukčního dělení změnilo v haploidní. Výsledkem je, že mravenec dělník naklade vajíčko, ze kterého se vyvine samice, samice, dělnice nebo voják.

Na závěr si myslím, že stojí za zmínku jídlo – trofická vejce. Trofická vajíčka jsou od přírody sterilní; V některých ohledech by měly být považovány za konzervované zboží, konzervovaný produkt. Tato vajíčka mohou být použita ke krmení obou reprodukčních samic a mohou být zařazena do stravy larev a dělnic;