У трутней нашли ген, отвечающий за выпрашивание еды у пчёл

Немецкие и французские нейробиологи, генетики и зоологи прояснили особенности генетического регулирования нервной системы у трутня - самца пчелы.

Ученые выяснили, что специфический вариант гена fruitless (fru) управляет социальным поведением трутней медоносной пчелы, заставляя их активно участвовать в коллективном обмене пищей и правильно выбирать место в колонии. Социальное поведение обусловлено одним генетическим переключателем. Один ген программирует нейронные цепи, которые отвечают за выпрашивание пищи трутнями.

Фото: трутни изгоняются из улья.

Как известно, трутни не занимаются производством мёда, как и не занимаются защитой и охраной улья. Назначение трутней состоит в совокуплении с пчелиной маткой. Во время брачного вылета трутни поднимаются с маткой довольно высоко в воздухе, залетая часто далеко от улья; 5—8 из них совокупляются с маткой; при этом совокупительный орган трутня отрывается и остаётся в половом отверстии матки, а сам трутень умирает и падает вместе с маткой на землю. После этого матка может возвратиться в улей со «шлейфом» белого цвета — фрагментами половых органов трутней, так пчеловод может зрительно определить, что матка уже успешно «облетелась» (спарилась).

В пчелином улье трутни ведут себя подчеркнуто социально: они не конкурируют друг с другом за еду и место, а получают питательные вещества от рабочих пчел через трофаллаксис — передачу жидкой пищи изо рта в рот. Этот процесс требует сложной координации: самец приближается к рабочей пчеле и выпрашивает корм, контактируя с ее головой антеннами. Он должен поддерживать контакт во время всего процесса кормления.

Перед началом зимовки пчёлы выгоняют из улья всех трутней, обрекая их на голодную смерть (либо на смерть в результате поедания птицами). Исключением является оставление трутней в пчелиной семье на зимовку в том случае, когда матка не успевает провести "облёт" (спаривание) поздней осенью. Например: резко ударил мороз и началась зима. Для этого пчёлы оставляют некоторое количество трутней, чтобы во время весеннего облета матка смогла спариться и продолжить существование пчелиной семьи.

В ходе данной научной работы биологии из Германии и Франции изучали колонии медоносных пчёл (Apis mellifera), которые находились на пасеке Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне, ( Германия) . Участвовавшие в исследовании генетически модифицированные медоносные пчёлы содержались вместе с рабочими пчёлами в небольших ульях, которые учёные держали в изоляторе, чтобы генетически модифицированные особи не могли попасть в естественную среду обитания.

Криосрезы мозга трутней визуализировали с помощью конфокального микроскопа с лазерным сканированием. Изображения обрабатывали с помощью программы FIJI, разработанной в США.

Анализ мозга трутней показал, что белок FruM

специфическим вариантом гена fruitless (fru)

экспрессируется (производится) примерно в 1800 нейронах. Эти клетки образуют сеть, которая связывает органы чувств (зрение, обоняние) с центрами высшего порядка — грибовидными телами, вовлеченными в процесс принятия решений. У трутней эта сеть имеет специфические «мужские» черты в строении антеннальных долей и зрительных путей.

Сложно устроенная часть нервной системы пчёл, так называемые грибовидные тела, играют роль своеобразных "больших полушарий" мозга насекомых. Грибовидное тело — считается центром высшей нервной деятельности.

Учёные обнаружили, что за выпрашивание еды и в целом за социальное поведение у трутней отвечает указанный вше белок FruM (мужской вариант белка Fruitless). С помощью технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 ученые создали линию пчел с «выключенным» геном fru у самцов. Наблюдения с использованием автоматизированной системы трекинга BBAS (Bee Behavioral Annotation System), фиксирующей движения каждой особи по QR-кодам, показали резкие изменения в поведении мутантов.

Во-первых, у них снизился уровень социальность: частота попыток «выпрашивания» еды у мутантных трутней упала в два раза, а само кормление стало значительно короче. Во-вторых, мутанты стали ошибаться в навигации внутри улья. Обычные трутни проводят время в медовой зоне или на периферии улья, избегая зон с пыльцой, которую они не могут переварить. Мутантные же самцы начали массово забираться в ячейки с пыльцой, что совершенно нехарактерно для нормальных особей. При этом общие способности к передвижению, реакция на свет и запах королевы у мутантов не пострадали, что доказывает: ген влияет именно на «социальную настройку», а не на физические возможности насекомого.

Авторы исследования полагают, что возникновение такой жесткой генетической программы позволило пчелам эффективно распределять ресурсы внутри колонии. Вместо того чтобы хаотично блуждать, трутни «запрограммированы» на определенную частоту и длительность социальных контактов, что снижает нагрузку на рабочих пчел и повышает выживаемость всей семьи. Таким образом, эволюция кооперации произошла за счет адаптации старых генов, отвечавших за размножение, под нужды сложной социальной структуры.

Возглавивший исследование профессор Martin Beye

заключает: «Наше исследование показывает, что такое кооперативное поведение обусловлено генетической программой, которая сформировалась в ходе эволюции. Эта программа определяет нейронные механизмы, которые, в свою очередь, определяют, будет ли выполняться поведенческая последовательность и как долго, на основе воспринимаемой сенсорной информации. Такие механизмы обеспечивают необходимую поведенческую адаптацию к социальным партнёрам».

Ccылка на научную статью учёных: K?hnen, S., Ulbricht, P., Sturm, A. et al. The fru gene specifies male cooperative behaviors in honeybee colonies. Nat Commun 16, 11203 (2025). doi 10. 1038/ s41467-025-67392-2

Для написания поста использовались материалы:

сайта Phys Org - cтатья Male bees' food begging behavior traced to a single genetic factor.

cайта Naked Science - статья У трутней нашли ген, отвечающий за выпрашивание еды.

Источник: vk.com

Комментарии: