Ген медоносной пчелы определяет коллективное поведение

Исследователи из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) совместно с коллегами из Франкфурта-на-Майне, Оксфорда и Вюрцбурга изучают, как сложное кооперативное поведение медоносных пчёл (Apis mellifera) генетически запрограммировано для передачи последующим поколениям.

Как сообщается в журнале Science Advances, ответ был найден в так называемом гене doublesex (dsx).

Поведенческие взаимодействия между организмами фундаментальны и часто наследуемы. В животном мире это даёт значительные преимущества в коллективном поиске пищи, защите от хищников и выращивании потомства. У медоносных пчёл социальные связи настолько сильны, что отдельные особи образуют сплочённое общество, функционирующее как единый «суперорганизм».

Профессор д-р Мартин Байе, руководитель Института эволюционной генетики HHU и автор-корреспондент исследования, подчёркивает: «Поведенческий репертуар отдельных пчёл и их функции в колонии не изучаются, а наследуются. До сих пор не было известно, как такие сложные модели поведения генетически закодированы».

Команда под руководством Байе и первого автора д-ра Вивьен Зоммер обнаружила, что ген dsx определяет специфическое для рабочих пчёл поведение.

Зоммер поясняет: «Ген программирует, будет ли рабочая пчела выполнять задачу в колонии и как долго. Это включает коллективные задачи, такие как уход за личинками или поиск пищи, и социальный обмен информацией о пищевых источниках».

Методы исследования

• Биологи использовали генетические ножницы CRISPR/Cas9 для модификации или отключения гена dsx у отдельных пчёл.
• Манипулированным пчёлам прикрепили QR-код, а их поведение в улье отслеживали с помощью камер.
• Полученные видеозаписи анализировали с помощью искусственного интеллекта для определения индивидуальных поведенческих паттернов.

Визуализация нейронных цепей

• Исследователи ввели в последовательность dsx ген зелёного флуоресцентного белка (GFP), чтобы он производился вместе с белком dsx.
• Нейронные цепи можно было наблюдать с помощью флуоресцентной микроскопии как у немодифицированных пчёл, так и у пчёл с генетическими изменениями.
• Соавтор исследования, докторант Яна Зайлер, объясняет: «Мы смогли увидеть, какие именно нейронные пути создаёт ген dsx в мозге и как этот ген, в свою очередь, определяет унаследованные поведенческие паттерны медоносных пчёл».

Профессор д-р Вольфганг Рёсслер из Вюрцбургского университета, руководивший исследованием, резюмирует: «Наши данные указывают на фундаментальную генетическую программу, которая определяет нейронные цепи и поведение рабочих пчёл».

Следующие шаги

Исследователи планируют перейти с уровня отдельной пчелы на уровень суперорганизма — пчелиной колонии. Докторант HHU и соавтор исследования Алина Штурм добавляет: «Мы надеемся найти связь между индивидуальным программированием и скоординированным поведением многих особей».