Scienty

Новое исследование показало, что определенная форма гена fruitless (fru) определяет социальное поведение самцов медоносных пчел, побуждая их к активному участию в совместной передаче пищи и позволяя им оптимально выбирать местоположение внутри улья.

Фото: img.freepik.com

Биологи изучили генетические механизмы, определяющие кооперативное поведение у медоносных пчел ( Apis mellifera). В ходе работы, результаты которой опубликованы в журнале Nature Communications, в ходе исследования было установлено, что ген fruitless, обычно определяющий брачное поведение у насекомых, в процессе эволюции социальных видов изменил свою функцию и теперь поддерживает жизнедеятельность пчелиной семьи как целостного, сложного организма.

В пчелином улье трутни демонстрируют ярко выраженное сотрудничество: они не борются за ресурсы и пространство, а получают пищу от рабочих пчел посредством трофаллаксиса – передачи жидкости изо рта в рот. Для осуществления этого процесса необходима сложная координация: самец подходит к рабочей пчеле и, используя свои антенны, просит ее поделиться кормом, при этом поддерживая постоянный контакт.

Установлено, что настройку данной системы обеспечивает белок FruM (мужская форма белка Fruitless). Применив технологию редактирования генома CRISPR/Cas9, исследователи получили линию пчел с инактивированным геном fru у самцов. Анализ, проведенный с использованием автоматизированной системы трекинга BBAS (Bee Behavioral Annotation System), предназначенной для фиксации перемещений каждой особи по QR-кодам, выявил значительные изменения в поведении особей-мутантов.

Прежде всего, у них наблюдалось снижение уровня социальной активности: количество попыток получения пищи у мутантных трутней уменьшилось вдвое, а продолжительность кормления стала существенно меньше. Кроме того, мутанты стали допускать ошибки в ориентировании внутри улья. Здоровые трутни проводят время в медовых зонах или на окраинах улья, избегая участков с пыльцой, которую они не способны переварить. Однако мутантные самцы начали массово проникать в ячейки с пыльцой, что не свойственно обычным особям. При этом общие способности к передвижению, реакция на свет и запах королевы у мутантов остались без изменений, что подтверждает: ген влияет именно на «социальное поведение», а не на физические возможности насекомого.

Исследования мозга выявили, что белок FruM синтезируется в около 1800 нейронах. Данные клетки формируют систему, соединяющую органы чувств (зрение, обоняние) с областями мозга, отвечающими за принятие решений – грибовидными телами. У трутней эта система характеризуется особыми особенностями в организации антеннальных и зрительных зон.

Ученые, проводившие исследование, считают, что формирование столь строгой генетической предрасположенности обеспечило пчелам возможность результативного распределения ресурсов в улье. Вместо беспорядочного перемещения трутни демонстрируют заданную частоту и продолжительность социальных взаимодействий, что уменьшает нагрузку на рабочих пчел и способствует повышению вероятности выживания всей пчелиной семьи. Следовательно, эволюция кооперативного поведения стала результатом модификации существующих генов, изначально отвечавших за размножение, для нужд развитой социальной организации.