Ген медоносной пчелы определяет коллективное поведение

Исследователи из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне (HHU) в сотрудничестве с коллегами из Франкфурта-на-Майне, Оксфорда и Вюрцбурга изучили, как сложное кооперативное поведение медоносных пчел (Apis mellifera) генетически запрограммировано таким образом, чтобы оно могло передаваться последующим поколениям. Как они объясняют в журнале Science Advances, ответ они нашли в так называемом гене даблсекс (dsx).

Поведенческие взаимодействия между организмами являются фундаментальными и часто наследуются. Каждый человек и каждое животное взаимодействуют с другими особями в своей социальной группе тем или иным образом посредством своего поведения. В животном мире это имеет значительные преимущества в коллективном поиске пищи, защите от хищников и выращивании потомства.

У некоторых животных, таких как медоносные пчелы, связи социального поведения настолько сильны, что отдельные члены образуют сплоченное общество, которое функционирует коллективно как единый «суперорганизм». Благодаря своему индивидуальному поведению тысячи рабочих пчел защищают всю колонию, кормят ее и заботятся о выводке.

«Поведенческий репертуар отдельных пчел и их функции в колонии не приобретаются, а наследуются. До сих пор не было известно, как такое сложное поведение генетически кодируется», - говорит соавтор исследования профессор Мартин Бей (Martin Beye) из Института эволюционной генетики в HHU.

Совместно с коллегами из университетов Франкфурта-на-Майне, Оксфорда и Вюрцбурга группа исследователей HHU под руководством Бея и первого автора исследования Вивьен Зоммер (Vivien Sommer) обнаружила, что особый ген, известный как dsx, определяет поведение, специфичное для рабочих пчел.

«Этот ген программирует, будет ли рабочая пчела выполнять какую-либо задачу в колонии и как долго. Сюда входят коллективные задачи, такие как забота о личинках или поиск пищи, а также социальный обмен источниками пищи, например», - говорит Соммер.

Биологи использовали генетические ножницы CRISPR/Cas9 в своих исследованиях, чтобы изменить или отключить ген dsx у выбранных пчел. Они прикрепили QR-код к обработанным пчелам, затем отслеживали их поведение в улье с помощью камер. Полученные видеопоследовательности были проанализированы с помощью искусственного интеллекта для определения индивидуальных поведенческих моделей пчел.

«Наш центральный вопрос заключался в том, изменились ли и каким образом унаследованные поведенческие модели в результате генной модификации. Такие изменения должны отражаться в нервной системе рабочих пчел, где контролируется определенное поведение», - добавил Соммер.

Исследователи ввели зеленый флуоресцентный белок (GFP) в последовательность dsx, чтобы GFP производился вместе с белком dsx. Затем нейронные цепи можно было просматривать с помощью флуоресцентной микроскопии как у немодифицированных пчел, так и у пчел с генетическими модификациями.

«Мы смогли использовать эти инструменты, чтобы точно увидеть, какие нейронные пути создает ген dsx в мозге и как этот ген, в свою очередь, определяет унаследованные поведенческие модели медоносных пчел», - объясняет соавтор исследования Яна Зайлер (Jana Seiler).

«Наши результаты указывают на фундаментальную генетическую программу, которая определяет нейронную сеть и поведение рабочих пчел», - отметил профессор Вольфганг Рёсслер (Wolfgang R?ssler) из Университета Вюрцбурга.

На следующем этапе исследователи хотят перейти от уровня отдельной медоносной пчелы к уровню суперорганизма пчелиной колонии.

«Мы надеемся найти связь между индивидуальным программированием и скоординированным поведением многих людей», - резюмировала соавтор исследования Алина Штурм (Alina Sturm) из HHU.

Источники:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp3953

https://phys.org/news/2024-11-honeybee-gene-behavior.html

Источник: phys.org

Комментарии: