Пчелы не учатся сотрудничать - это заложено в их генах
Кооперативное поведение пчел, напоминающее единый «суперорганизм», - это нечто уникальное в мире природы.
Нередко тысячи рабочих пчел действуют сообща, защищая колонию, кормя ее и заботясь о потомстве. Это сложное социальное поведение объединяет их индивидуальные действия в согласованные усилия.
Но как это сложное поведение кодируется и передается по наследству от поколения к поколению медоносных пчел? Ответ кроется в особом гене, как выяснила команда ученых.
Исследование проводилось под руководством специалистов из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU), а также коллег из Франкфурта-на-Майне, Оксфорда и Вюрцбурга. В ходе исследования были раскрыты генетические основы кооперации медоносных пчел.
Гены, лежащие в основе кооперативного поведения пчел
Главный исследователь и глава Института эволюционной генетики Университета Генриха Гейне доктор Мартин Бейе и его команда сделали это прорывное открытие. Исследование было сосредоточено на гене под названием «doublesex» или «dsx».
«Поведенческий репертуар отдельных пчел и их функции в колонии не заучиваются, а скорее наследуются. До сих пор было неизвестно, как генетически кодируются такие сложные формы поведения», - говорит доктор Бейе.
Ключевым открытием стало то, что ген dsx влияет на специфическое поведение рабочих пчел,
тметила первый автор исследования доктор Вивьен Соммер.
«Ген программирует, будет ли рабочая пчела выполнять то или иное задание в колонии и как долго. Это включает в себя коллективные задачи, такие как уход за личинками или добыча пищи, а также социальные обмены, например, по поводу источников пищи», - говорит доктор Соммер.
Редактирование генов у пчел
Команда использовала метод редактирования генов CRISPR/Cas9 для изменения гена dsx у отдельных пчел, прикрепляя QR-код к манипулируемым пчелам.
Камеры внутри улья следили за поведением пчел, и с помощью искусственного интеллекта видеопоследовательность анализировалась для определения индивидуальных моделей поведения.
«Наш главный вопрос заключался в том, изменились ли унаследованные модели поведения в результате генной модификации и каким образом. Такие изменения должны отражаться в нервной системе рабочих пчел, где контролируется конкретное поведение», - говорит доктор Зоммер.
Чтобы визуализировать нейронные цепи, исследователи ввели в последовательность dsx зеленый флуоресцентный белок (GFP).
По словам докторанта Яны Зайлер, которая также является соавтором исследования, ген dsx играет решающую роль в создании специфических нейронных путей в мозге пчелы.
Новая глава в поведении пчел
«Наши результаты указывают на фундаментальную генетическую программу, определяющую нейронную схему и поведение рабочих пчел», - говорит доктор Вольфганг Рёсслер, эксперт кафедры физиологии поведения и социобиологии Вюрцбургского университета.
Следующая задача - перейти от отдельной медоносной пчелы к целой пчелиной колонии и понять, как ген влияет на «суперорганизм».
«Мы надеемся найти связь между индивидуальным программированием и скоординированным поведением многих особей», - говорит Алина Штурм, докторант HHU.
Раскрытие генетического секрета, лежащего в основе коллективного поведения медоносных пчел, - это не просто научный прорыв. Это дань уважения удивительной сложности природы и ее бесконечной способности удивлять.
Более широкие последствия поведения пчел
Открытие гена, влияющего на поведение медоносных пчел, имеет последствия, выходящие за рамки изучения пчел.
Понимание того, как один ген может формировать сложную социальную динамику, может вдохновить на инновации в таких областях, как робототехника и искусственный интеллект.
Например, робототехники часто обращаются к природе, чтобы понять, как создать более эффективные, кооперативные системы. Структура «суперорганизма» улья может послужить моделью для разработки автономных роевых роботов, способных работать вместе для достижения общей цели.
Кроме того, изучение кооперации пчел дает ценные знания для экологии и охраны природы.
Медоносные пчелы играют важнейшую роль в опылении. Выявление генетических основ их социального поведения может привести к разработке более эффективных стратегий поддержания популяций пчел в условиях экологических угроз.
Проливая свет на внутреннюю работу улья, это исследование добавляет новое измерение к сохранению биоразнообразия и поддержанию стабильности экосистем, которые в значительной степени зависят от опылителей.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
