Как судьба пчелы зависит от её диеты
Вещество, содержащееся в мёде и перге, подавляет способность к размножению у рабочих пчёл.
В пчелином улье все особи несут в себе одни и те же гены, между тем как поведение и физиология у разных членов колонии отличаются довольно сильно: мы знаем, что в улье есть матка и есть рабочие особи, причём род работ у последних меняется в зависимости от возраста. Получается, что судьба каждой пчелы зависит от того, как поведут себя гены, какая генетическая программа будет реализована.
От каких факторов зависит выбор программы? Например, от еды. Известно, что пчеломатки всю жизнь питаются маточным молочком, которое образуется в верхнечелюстной железе пчёл-кормилиц. Рабочие же особи получают его в течение только первых трёх дней жизни, после чего они переходят на смесь, в которой есть молочко, мёд и ферментированная пыльца (перга). Что за конкретное вещество переключает генетические программы, долгое время оставалось неизвестным, однако считалось, что содержится оно именно в маточном молочке, включая «королевскую» программу развития. Что до «рабочей» программы, то она, таким образом, включается по умолчанию в отсутствие (или, скорее, при недостатке) таинственного вещества, синтезируемого пчёлами-кормилицами.
Однако, как уверяют исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, для программы развития рабочей особи тоже нужен генетический регулятор, которым является паракумаровая кислота, содержащаяся в перге и мёде, но отсутствующая в маточном молочке. Её полимеры входят в состав пыльцы, и при ферментации из них получаются мономерные молекулы паракумаровой кислоты. Ещё в 2013 году Мэй Беренбаум (May Berenbaum) и её коллеги обнаружили, что она активирует у взрослых рабочих пчёл гены, необходимые для иммунной защиты и обезвреживания ядовитых веществ. Следующий эксперимент поставили уже с личинками: одних кормили маточным молочком с сахаром и дрожжевым экстрактом, других – той же смесью, но с добавлением паракумаровой кислоты. Спустя несколько дней из личинок очищали РНК, чтобы проанализировать активность генов.
Как пишут авторы работы в Science Advances у личинок, которым в корм добавляли паракумаровую кислоту, тоже активировались антитоксиновые и иммунные гены, но, кроме них, начинали работать гены, отвечающие за кастовую принадлежность особи. Результаты перепроверили: теперь пчелиное потомство кормили роялактином, белком маточного молочка, который обычно используют для выведения пчёл-«королев», к которому добавляли (или не добавляли) паракумаровую кислоту. И на этот раз личинкам позволили превратиться в молодых пчёл. Оказалось, что кислота подавляет формирование яичников, то есть те особи, у которых она была в диете, не могли оставить потомство.
То есть по сравнению с тем, как думали раньше, всё происходит отчасти наоборот: пища рабочих пчёл подавляет в них стремление превратиться в матку. Конечно, вещества маточного молочка необходимы для того, чтобы из личинки развилась настоящая, полноценная королева, но и для формирования рабочей касты необходимы особые вещества, которые не разрешали бы генам включить «королевский» путь развития. Паракумаровой кислотой тут дело, вероятно, не ограничивается, так что исследователи продолжат искать другие соединения, влияющие на развитие насекомых, а заодно и попробуют расшифровать конкретные молекулярные механизмы, лежащие в основе кастовой дифференцировки.
