Плотность колонии, а не гормоны, запускает «половое созревание» у медоносных пчел

Новое исследование помогает разгадать давнюю загадку о том, как медоносные пчелы определяют размер и силу своей колонии — критический сигнал для перехода от инвестиций только в выживание к инвестициям в размножение.

В статье, опубликованной 3 мая в Journal of Experimental Biology, группа исследователей под руководством Корнеллского университета сообщает, как рабочие особи обнаруживают, что их колония достигла порога для инвестиций в особый тип сотов для расплода.

У медоносных пчел первым признаком того, что колония может «позволить» себе вкладывать ресурсы в размножение (а не только в выживание и рост), является начало строительства рабочими особого типа восковых сотов — трутневых, используемых для выведения трутней (самцов). Как и у подростков-людей, колония, строящая трутневые соты, еще не полностью репродуктивна, но ее рабочие особи обнаружили, что колония достаточно сильна, чтобы начать вкладывать ресурсы в будущее размножение. Пчелы начинают строить трутневые соты только когда в их колонии достаточно рабочих особей — около 4000. Но как рабочие определяют, что колония достаточно велика?

Исследователи — аспирант по нейробиологии и поведению Майкл Л. Смит, Фиби А. Кениг '16 и аспирант Гарвардского университета Джейкоб М. Питерс — экспериментально проверили влияние трех возможных сигналов, которые могли бы спровоцировать пчел начать строить ячейки восковых сотов для выведения трутней. Этими потенциальными сигналами были: плотность рабочих особей, концентрация летучих феромонов и температура гнезда. После экспериментального увеличения каждого из этих сигналов они измерили, сколько трутневых сотов построили пчелы. Они обнаружили, что только увеличение плотности рабочих особей заставило рабочих построить более высокую долю трутневых сотов по сравнению с контролем. Более высокая температура и более высокая концентрация летучих феромонов не оказали влияния на строительство сотов.

Эксперименты опровергли гипотезу о том, что по мере роста и усиления колонии повышается уровень летучего химического сигнала; похоже, медоносные пчелы вступают в «половое созревание» не из-за химических сигналов, таких как гормоны, как это делают многие одноклеточные и многоклеточные организмы, включая человека.

Исследователям удалось «обмануть» пчел, заставив их думать, что они находятся в более крупной колонии, сжав их в меньшем пространстве. Эта манипуляция увеличила плотность рабочих, и пчелы ответили строительством репродуктивных сотов. По словам Смита, «это говорит нам, что плотность важна, но не указывает, как именно рабочие оценивают плотность особей».

Чтобы понять, как может меняться опыт пчелы в зависимости от размера ее колонии, исследователи провели наблюдательное исследование, сравнив рабочих в больших и малых колониях, содержащихся в идентичных ульях. Отслеживая помеченных особей, они могли определить, какие сигналы достоверно меняются при увеличении размера колонии. Эти результаты опровергли несколько гипотез, включая «гипотезу быстрой жизни» (о том, что рабочие в больших колониях проходят стадии молодых, среднего возраста и старых рабочих быстрее, чем в малых). Однако исследователи обнаружили, что в более крупных колониях рабочие пчелы имеют увеличенный физический контакт с сородичами, проводят больше времени в активном состоянии и испытывают более равномерную плотность рабочих особей по сравнению с малыми колониями.

В своей текущей полевой работе Смит исследует способы манипулирования этими физическими сигналами, чтобы точно понять, как рабочие определяют размер и силу своей колонии.

«Что меня интересует в этом вопросе, — сказал Смит, — так это то, что это та же проблема, с которой сталкиваются дрожжи, люди и колонии социальных насекомых: достаточно ли вы велики, чтобы начать размножаться? Когда дело доходит до колонии социальных насекомых, кажется, они отошли от химических сигналов, таких как гормоны, и вместо этого полагаются на физические».