Эволюционный конфликт рабочих безжалых пчел с личинками привел к массовому убийству маток

Бельгийские и мексиканские ученые опровергли гипотезу, объясняющую, зачем центральноамериканские безжалые пчелы Melipona beecheii производят намного больше маток, чем нужно колонии. Ранее энтомологи предполагали, что лишние самки покидают дом, захватывают место маток в чужих колониях и за счет социального паразитизма распространяют в популяции генетический материал родной семьи. Однако оказалось, что представители данного вида не способны проникать в колонии сородичей. Более того, вопреки предыдущим исследованиям, рабочие особи M. beecheii не регулируют кастовую принадлежность личинок, чтобы вывести побольше размножающихся самок. Как отмечается в статье для журнала Biology Letters, скорее всего, будущая каста у данного вида закреплена генетически. Данный механизм порождает конфликт между личинками, которым выгодно стать матками, и рабочими особями, пытающимися сохранить сообщество. Решается он очень жестоко: рабочие просто убивают большую часть появившихся на свет маток.

Общественные пчелы, в том числе медоносные (Apis mellifera), живут колониями, которые состоят из матки и большого количества рабочих особей — ее дочерей. Судьба каждого члена такого сообщества определяется уже на ранних стадиях развития. Личинки, которых в течение нескольких дней после появления на свет кормят богатым белками маточным молочком, а потом переводят на смесь меда и пыльцы, становятся бесплодными и присоединяются к рабочей касте. При этом их сородичи, которые продолжают получать молочко вплоть до окукливания и живут в более крупных ячейках сот, превращаются в маток и в дальнейшем участвуют в размножении.

Такой механизм позволяет пчелам поддерживать оптимальный баланс между кастами, в большом количестве выращивая многочисленных рабочих особей и единичных маток. Кроме того, он укрепляет пчелиное сообщество. Если бы принадлежность пчел к кастам была закреплена генетически, матки, которые размножаются сами, получали бы эволюционное преимущество, а бесплодные рабочие, ухаживающие за чужими детьми, проигрывали. В результате эгоистичных пчел, предпочитающих участвовать в размножении вместо ухода за сородичами, становилось бы все больше, что привело бы к постепенной утрате социальности в течение многих поколений.

Впрочем, не у всех видов пчел распределение каст проходит одинаково гладко. Например, все личинки обитающих в Центральной Америке безжалых пчел Melipona beecheii получают одинаковое питание и содержатся в ячейках сходного размера. При этом, по оценкам энтомологов, до двадцати процентов женских особей данного вида превращаются в маток. Поскольку колония нуждается лишь в одной размножающейся самке, остальных вскоре после превращения в имаго убивают рабочие.

Причина перепроизводства маток у пчел-мелипон остается неизвестной. Недавние исследование заставили ученых предположить, что судьба личинок этих насекомых зависит от концентрации монотерпеноида гераниола в ячейках, где они развиваются. Это вещество вырабатывают и помещают в ячейки рабочие особи. Утверждается, что чем с большей концентрацией гераниола столкнутся личинки во время развития, тем выше будут их шансы превратиться в матку. Получается, рабочие парадоксальным образом сами стимулируют появление многочисленных маток лишь для того, чтобы их убить.

Специалисты допускают, что излишек маток может быть выгодным для M. beecheii, если значительное количество способных к размножению самок покидают родную колонию и внедряются в неродственные колонии этого же вида по соседству, где заменяют предыдущих маток (так поступают представители близкого вида M. scutellaris и, возможно, M. favosa; у них уровень перепроизводства маток не такой высокий, как у M. beecheii). В таком случае рабочие пчелы выиграют от вложений в выращивание маток, ведь те будут активно распространять общие с ними гены в популяции за счет социального паразитирования.

Команда энтомологов под руководством Рикардо Кальяри Оливейры (Ricardo Caliari Oliveira) из Левенского католического университета решила протестировать данную гипотезу на практике. Исследователи отправились в Мексику, где провели эксперименты с 25 колониями M. beecheii. Из каждой колонии они удаляли матку, дожидались, когда ее место займет новая, а затем брали у нее образцы тканей для генетического материала. Кроме того, авторы проводили генетический анализ старой матки и рабочих особей.

В среднем новая матка появлялась в колонии через восемнадцать дней после исчезновения предшественницы. Вопреки ожиданиям Оливейры и его соавторов, все новые матки были дочерями предыдущих. Степень родства между старой и новой матками оказалась такой же, как и между старой маткой и рабочими особями. Ни одного случая социального паразитизма, при котором место выбывшей матки заняла бы самка из другой колонии, выявить не удалось. Таким образом, многочисленные матки M. beecheii оказались неспособны внедряться в чужие колонии.

На следующем этапе исследователи проверили, действительно ли гераниол стимулирует развитие способных к размножению самок M. beecheii. Для этого они взяли большую выборку ячеек этих пчел с личинками внутри и ввели в часть из них гераниол, а в часть — физиологический раствор. Затем насекомым давали нормально развиваться на протяжении трех недель, после чего проверяли их кастовую принадлежность. Проанализировав полученные данные, авторы пришли к выводу, что гераниол не влияет на шансы личинки стать маткой.

Результаты исследования Оливейры и его коллег опровергают популярную гипотезу, согласно которой рабочие особи M. beecheii намеренно стимулируют развитие многочисленных маток, которые внедряются в колонии сородичей и захватывают их, повышая тем самым эволюционный успех родного сообщества. Судя по всему, судьба личинок пчел из рода Melipona зависит от наследственных факторов. Например, носители определенной аллели могут с большей вероятностью превращаться в размножающихся самок. Авторы заключают, что перепроизводство и последующее убийство маток у M. beecheii является следствием конфликта между личинками, которым выгодно становиться размножающимися самками, и рабочими особями, пытающимися поддержать стабильность колонии.

Энтомологи выяснили, что микробиом кишечника американских пчел-падальщиков из рода Trigona заметно отличается от того, что характерен для их растительноядных сородичей. Среди симбионтов этих насекомых преобладают молочнокислые и уксуснокислые бактерии, включая виды, облегчающие переваривание мяса. Вероятно, тригоны приобрели столь необычный микробиом в связи с резкой сменой рациона.

Сергей Коленов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Гориллу впервые полечили от остеоартроза мезенхимальными стволовыми клетками

У нее были проблемы с ходьбой

В Будапештском зоопарке впервые применили терапию стволовыми клетками для лечения остеоартроза у нечеловеческого примата. Горилла Лизель в последнее время испытывала трудности при ходьбе — она не опиралась на левую ногу. Ветеринары и хирурги-ортопеды провели всестороннюю диагностику поражений суставов Лизель и ввели мезенхимальные стволовые клетки в тазобедренный и коленный суставы левой ноги. Новость об этом опубликована на сайте Шеффилдского университета. Мезенхимальные стволовые клетки, использованные для лечения Лизель, были выделены из кусочка жировой ткани молодой самки гориллы. Команда ученых очистила и культивировала эти клетки, чтобы получить суспензию из клеток, которую можно было хранить в глубокой заморозке до начала лечения. Сотрудники зоопарка наблюдают за состоянием Лизель и намерены в скором времени огласить результаты такого лечения.