Ученые выявили ген, определяющий поведение трутней в поисках пищи

Новости МирТесен

Согласно результатам исследований ученых, определенная версия гена fruitless (fru) оказывает влияние на социальное поведение самцов медоносной пчелы, побуждая их к активному участию в совместном распределении пищи и корректному выбору места внутри улья.

Биологи изучили генетические механизмы, определяющие кооперативное поведение у медоносных пчел ( Apis mellifera). В ходе работы, результаты которой опубликованы в журнале Nature Communications, что позволило установить, что ген fruitless, который обычно отвечает за репродуктивное поведение у насекомых, в ходе эволюционного процесса социальных видов был адаптирован для поддержания функционирования пчелиной семьи как целостного 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.

Авторы исследования предполагают, что формирование столь выраженной генетической программы позволило пчелам оптимизировать распределение ресурсов внутри колонии. Вместо хаотичных передвижений трутни обладают определенной частотой и продолжительностью социальных взаимодействий, что снижает нагрузку на рабочих пчел и способствует повышению выживаемости всей семьи. Таким образом, эволюция кооперации произошла посредством адаптации старых генов, изначально отвечавших за размножение, к потребностям сложной социальной структуры.