Nowa taksonomia termitów podkreśla ich rolę jako inżynierów ekosystemów i zapewnia jaśniejszy obraz ich ścieżek ewolucyjnych, wspomagając zarówno badania, jak i zwalczanie szkodników.
Termity są powszechnie uważane za zwykłe szkodniki, a poglądu tego nie poprawiło niedawne przeklasyfikowanie ich do rodziny karaluchów. Jednak tylko 3,5% termitów gatunek powodować poważne problemy dla człowieka.
Owady te pełnią rolę kluczowych inżynierów ekosystemów, utrzymując infrastrukturę różnych środowisk. Podobnie jak dżdżownice, rozprowadzają składniki odżywcze poprzez rozkład materiału roślinnego i pełnią ważną rolę bioturbatorów: podobnie jak orka pola, termity napowietrzają glebę, odsłaniają podziemne składniki odżywcze i pozwalają wodzie przedostać się do głębszych warstw gleby – a wszystko to jest niezbędne dla życia roślin. Ponadto termity są wzorowymi budowniczymi: ich kopce pozostają chłodne w palącym słońcu, inspirując bezenergetyczne systemy klimatyzacji w inteligentnej architekturze.
Rewolucyjne badania: nowy system klasyfikacji termitów
Tak jak wiele ekosystemów opiera się na infrastrukturze zapewnianej przez termity, tak samo badanie termitów wymaga solidnych podstaw. Teraz międzynarodowy zespół naukowców stworzył nowy system klasyfikacji termitów. Ich prace, oparte na konsensusie ekspertów i obszernych analizach danych, zostały obecnie opublikowane w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.
„Rozwiązaliśmy niejednoznaczność poprzedniego systemu dzięki modułowej i bardzo solidnej klasyfikacji rodziny termitów” – mówi dr Simon Hellemans, główny autor i członek Jednostki Genomiki Ewolucyjnej w Instytucie Nauki i Technologii Okinawy (OIST). „Dzięki temu nowemu «słownikowi» mamy solidną platformę, z której możemy badać zróżnicowanie termitów i rolę, jaką odgrywają w swoich ekosystemach, a także uwzględniać przyszłe odkrycia”.
Ewolucja taksonomii termitów i jej wyzwania
Taksonomia, naukowa klasyfikacja grup (taksonów) organizmów, to stara dyscyplina, która leży u podstaw całej biologii: „Jeśli chcesz obserwować cokolwiek w przyrodzie, musisz zdefiniować swoje jednostki obserwacji”, jak to ujął dr Hellemans. Klasyfikacja może być dowolna – zwierzęcia nie obchodzi, czy nazwiemy je Heterotermitidae, czy Rhinotermitidae – jest to jednak kategoryzacja konieczna, która pozwala badaczom ograniczyć zakres badań i jasno się komunikować.
Do czasu wprowadzenia nowoczesnych DNA sekwencjonowania, rozróżnienia te opierały się zwykle na analizach morfologicznych, podczas których organizmy są klasyfikowane na podstawie ich cech fizycznych i zachowań oraz umieszczane względem siebie w oparciu o podobieństwa. Chociaż określenie, czym szympansy i ludzie różnią się od goryli, może być łatwe, wizualne określenie różnicy między dwoma termitami może być trudniejsze.
Z biegiem czasu subiektywność analizy morfologicznej doprowadziła do powstania zawiłego drzewa genealogicznego termitów. Niektóre termity różnicują się bardzo szybko, co oznacza, że gatunki te ewoluowały szybciej w porównaniu z innymi. A jednak zidentyfikowano tylko dziesięć odrębnych rodzin, które musiały pomieścić wiele morfologicznie odrębnych zwierząt o niejasnych powiązaniach ewolucyjnych.
Do opisania relacji między zgrupowanymi gatunkami używa się trzech terminów: monofilia, polifilia i parafia: monofiletyczna grupa gatunków ma wspólnego przodka, grupy polifiletyczne często mają wspólne cechy, ale nie mają wspólnego przodka, a parafia opisuje grupy, które mają wspólnego przodka przodek, jak również niektórzy, choć nie wszyscy, potomkowie. Problem z termitami, które są grupą monofiletyczną w obrębie rzędu karaluchów, polega na tym, że tradycyjna klasyfikacja charakteryzuje się dużą dozą parafii i polifilii z powodu zamieszania co do powiązań ewolucyjnych.
Nowa era w badaniach nad termitami
„Dzięki obszernej analizie danych i nowym badaniom morfologicznym udało nam się całkowicie wyeliminować parafię i polifię z drzewa genealogicznego termitów, dzieląc większe podrodziny” – wyjaśnia dr Hellemans, „i w ten sposób stworzyliśmy system, który może skutecznie uwzględniać odkrycie nowych linii rodowych, zachowując jednocześnie historyczne nazwy rodzin i podrodzin. Jest to klucz do zapewnienia stabilnej nomenklatury termitów. Taksonomia również opiera się na danych historycznych, więc jest to bardzo ważne”.
Każda rodzina i podrodzina w nowym drzewie życia termitów jest monofiletyczna, co wyjaśnia powiązania ewolucyjne między gatunkami i znacznie ułatwia umieszczanie nowo odkrytych lub przeklasyfikowanych gatunków. Nowe drzewo podkreśla także różnorodność termitów, co pozwala na znacznie większą precyzję badań i zwalczania szkodników. Na przykład Coptotermes gestroi, niszczycielski szkodnik termitów, został początkowo sklasyfikowany w rodzinie Rhinotermitidae wraz z niebędącym szkodnikiem Dolicorhinotermes longilabius ze względu na ich podobieństwa morfologiczne. Jednak wczesne badania filogenetyczne sugerowały, że te dwa gatunki mogą nie być blisko spokrewnione, co zostało obecnie potwierdzone w bardziej zaawansowanych badaniach filogenetycznych i morfologicznych, które przeklasyfikowały C. gestroi do rodziny Heterotermitidae.
Wspólne wysiłki we współczesnej filogenetyce
Napisanie na nowo słownika życia nie jest łatwym zadaniem. Przede wszystkim potrzebny jest konsensus – w końcu słownik jest bezużyteczny, jeśli nie ma zgody co do definicji.
Prace nad aktualizacją drzewa życia termitów rozpoczęły się podczas sympozjum w OIST w 2022 r., które zorganizował profesor Tom Bourguignon, kierownik Zakładu Genomiki Ewolucyjnej. W tym przypadku jednostka zaproponowała ramy przeglądu drzewa życia, które obejmowały zarówno badania morfologiczne, jak i analizy danych zasilane przez superkomputer w OIST. Filogenetyczne rewizje systemów klasyfikacji często opierają się na modelu danych, którego obliczenia superkomputerowi mogą zająć tygodnie, a za każdym razem, gdy wprowadzana jest korekta, przetwarzanie rozpoczyna się od nowa.
„Nasza klasyfikacja opiera się na zbieżności 51 modeli, a obliczenia każdego z nich trwały około 2 tygodni” – wspomina dr Hellemans. „Było to możliwe tylko dzięki Deigo, które umożliwiło nam równoległe prowadzenie analiz.” Deigo to nazwa głównego klastra superkomputerowego obsługiwanego przez OIST Core Facilities, nazwanego na cześć prefekturalnego kwiatu Okinawy i dostępnego dla wszystkich badaczy OIST.
„Filogenetyka nie może działać samodzielnie” – podkreśla dr Hellemans. Chociaż badacze wykorzystali modele obliczeniowe markerów DNA do ustalenia powiązań ewolucyjnych między rodzinami, modele te nie uwzględniają zwyczajów termitów ani roli, jaką odgrywają w swoim środowisku. Zamiast tego wiedzę tę dostarczyli eksperci-ludzi, którzy poświęcili swoje życie jednemu podzbiorowi naszego świata żywych i którzy posiadają bezcenną, naukową wiedzę na temat gatunków, które badają.
Dr Hellemans podsumowuje wysiłek: „Nawet jeśli koordynacja wspólnego projektu tej wielkości była trudna, nowy system klasyfikacji termitów jest czymś więcej niż sumą jego części. Dzięki temu mamy znacznie solidniejsze ramy do badań nad tymi ważnymi inżynierami ekosystemów”.
Odniesienie: „Dane genomiczne zapewniają wgląd w klasyfikację istniejących termitów” autorstwa Simona Hellemansa, Mauricio M. Rocha, Menglin Wang, Johanna Romero Arias, Duur K. Aanen, Anne-Geneviève Bagnères, Aleš Buček, Tiago F. Carrijo, Thomas Chouvenc , Carolina Cuezzo, Joice P. Constantini, Reginaldo Constantino, Franck Dedeine, Jean Deligne, Paul Eggleton, Theodore A. Evans, Robert Hanus, Mark C. Harrison, Myriam Harry, Guy Josens, Corentin Jouault, Chicknayakanahalli M. Kalleshwaraswamy, Esra Kaymak , Judith Korb, Chow-Yang Lee, Frédéric Legendre, Hou-Feng Li, Nathan Lo, Tomer Lu, Kenji Matsuura, Kiyoto Maekawa, Dino P. McMahon, Nobuaki Mizumoto, Danilo E. Oliveira, Michael Poulsen, David Sillam-Dussès, Nan-Yao Su, Gaku Tokuda, Edward L. Vargo, Jessica L. Ware, Jan Šobotník, Rudolf H. Scheffrahn, Eliana Cancello, Yves Roisin, Michael S. Engel i Thomas Bourguignon, 7 sierpnia 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51028-y
