Генетический переключатель делает глаза пчел маленькими, а трутней - большими

Открытый недавно ген у медоносных пчел отвечает за диморфную дифференциацию глаз

Исследователи из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне (HHU) обнаружили новый ген у медоносных пчел, который отвечает за дифференциацию между самцами и самками этого вида. Этот ген регулирует диморфную морфологию глаз и известен как «ген glubschauge".

Генетический переключатель делает глаза пчел маленькими, а трутней - большими

Генетический переключатель делает глаза пчел маленькими, а трутней - большими

Различия между самцами и самками широко распространены в животных организмах, и этот «половой диморфизм» вносит вклад в биологическое разнообразие организмов. Однако наши знания о механизмах развития и эволюции, определяющих этот диморфизм, все еще ограничены. Открытие «гена glubschauge" проливает свет на этот механизм у медоносных пчел.

Исследование, проведенное под руководством профессора доктора Мартина Бейе, было опубликовано в научном журнале Nature Communications. Исследователи из Института эволюционной генетики HHU и коллеги из Вагенингенского университета в Нидерландах изучили весь геном пчелы на предмет возможных генов-регуляторов полового развития.

Регуляция морфологии глаз в зависимости от пола

Специализированной областью рабочей группы, возглавляемой профессором Бейе, является медоносная пчела (Apis mellifera), у которой наблюдается выраженный диморфизм глаз самцов и самок. Самцы имеют чрезвычайно большие сложные глаза, которые позволяют им находить королеву во время брачных полетов. Самки имеют маленькие сложные глаза, которых достаточно для ориентации и поиска цветов.

Генетический переключатель делает глаза пчел маленькими, а трутней - большими

Ген "glubschauge" регулирует половую морфологию глаз, и исследователи смогли выключить этот ген у самок с помощью метода CRISPR/Cas9, в результате чего у животных развилась форма глаз самцов вида. И наоборот, они добавили ген самцам, в результате чего у них развились глаза, как у самок. Таким образом, они выявили новый ген развития, появившийся в ходе эволюции, также известный как «транскрипционный фактор».

Исследователи обнаружили, что у пчел нет общей инструкции для организма в целом. Вместо этого для каждого признака используется отдельная программа генетических инструкций, что указывает на то, как разнообразие вторичных половых признаков может регулироваться в процессе развития.

Эволюционная история «гена Глубшауге»

Исследователей также интересовала эволюционная история гена "glubschauge". С помощью анализа эволюционных последовательностей исследовательская группа установила, что эта полоспецифическая функция появилась только в ходе эволюции перепончатокрылых. Они обнаружили, что сначала возникла специфическая для пола экспрессия, а функция развития появилась позже.

Генетический переключатель делает глаза пчел маленькими, а трутней - большими

Первоначальная регуляция половой специфики ограничивает последующие изменения в развитии только одним полом. Таким образом, исследователи смогли продемонстрировать молекулярный путь, по которому может эволюционно возникнуть половой диморфизм. Это открытие решает давнюю загадку в эволюционной биологии, где до сих пор не было найдено доказательств случаев, когда положительный эффект в эволюции полового признака не приводил к недостатку у другого пола.

Заключение

Открытие гена "glubschauge" проливает свет на механизмы, определяющие диморфизм вторичных половых признаков у медоносных пчел. Это новый ген развития, возникший в ходе эволюции, и он регулирует половую морфологию глаз самцов и самок у медоносных пчел.

Это исследование устанавливает новый молекулярный путь, через который может эволюционно возникнуть половой диморфизм. Первоначальная регуляция половой специфики ограничивает последующие изменения в развитии только одним полом. Результаты этого исследования позволили решить давнюю загадку эволюционной биологии.

Heinrich-Heine University Duesseldorf

Гибель колоний медоносных пчел в США связана с клещами...

Пчёлки очень любят мёд

Мёд – какой может быть, как выбирать, как проверять, свойства и...

Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Новый инновационный метод, который пчеловоды могут использовать для защиты своих пчел от изменения климата. Это называется «банкинг маток» – процесс хранения излишков маток весной для пополнения ульев осенью. Теперь этот метод можно сделать более стабильным и менее трудоемким, если хранить маток в охлажденном виде в крытых холодильных установках. Этот метод может не только облегчить пчеловодство, но и помочь выжить медоносным пчелам в условиях меняющегося климата.

Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

В недавнем исследовании, проведенном Университетом штата Вашингтон, сравнивались банки маток, хранившихся в холодильных установках, с банками маток, хранившихся обычным способом на открытом воздухе, и с контрольной группой «без банков». Исследователи обнаружили, что королевы, хранившиеся при более низких температурах, имели более высокий уровень выживаемости и требовали меньше ухода, чем те, которые хранились на открытом воздухе. Это открытие может стать еще одним кусочком в головоломке по сокращению ежегодной потери пчелиных колоний.

В пчеловодстве производители маток часто «хранят» маток в течение лета в небольших клетках. Затем эти маленькие клетки помещают в большую колонию с большим количеством рабочих, которые ухаживают за королевами в клетках, причем на одну банку приходится до 200 королев. Стоимость банка из 100 маток составляет более $5 000, и производители могут иметь в запасе от 10 до 20 банков.

Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Для данного исследования команда подготовила 18 банков с 50, 100 и 198 маток в каждом банке. Охлаждаемые банки соответствовали по выживаемости внешним группам, а в банках по 100 маток выживаемость была выше: 78% маток пережили шесть недель хранения по сравнению с 62% в группе на открытом воздухе. Королевы в обеих группах были одинакового качества и демонстрировали одинаково хорошее здоровье. Охлажденные маточники также нуждались в меньшем уходе.

Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Пчеловодам нужны пчелиные матки для поддержания колоний, которые опыляют сельскохозяйственные культуры, и весной наблюдается огромный всплеск спроса на маток. Именно тогда пчеловоды восполняют потери предыдущего года. Как только производители маток удовлетворяют этот спрос, они не могут просто свернуть производство маток. Производители могут хранить излишки маток для удовлетворения будущих потребностей пчеловодов, которые часто пополняют свои запасы маток после лета.

Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

При жарких температурах матки не могут быть произведены. Банковское хранение позволяет сохранить запасы на случай возобновления спроса осенью.

Поддерживать запас маток, доступных для покупки пчеловодами, становится все труднее. Подавляющее большинство американских производителей маток находятся в Калифорнии, где повышение температуры и лесные пожары становятся все более распространенным явлением. «Мы слышали, что производители маток в Калифорнии испытывают трудности с банком маток, когда летом температура превышает 100 градусов», – сказал старший автор исследования Брэндон Хопкинс. «Это немного пугает, когда 80% всего запаса королев в стране хранится в месте, подверженном лесным пожарам, дыму и высоким температурам».

Холодильная техника является прекрасной альтернативой традиционным методам хранения маток, которые требуют значительного количества обслуживания, навыков и ухода. Пчелы хорошо себя чувствовали, когда в холодильных установках был только корм и никакого вмешательства человека. Этот метод не только делает пчеловодство более комфортным, но и может помочь укрепить выживание медоносных пчел в условиях меняющегося климата.

Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Пчеловодство является важной частью сельского хозяйства, поскольку пчелы играют решающую роль в опылении сельскохозяйственных культур, которые обеспечивают пищу для людей и животных. Однако в последние годы популяции медоносных пчел сокращаются, причем в некоторых районах отмечается 40-процентная потеря пчелиных колоний. Изменение климата, потеря среды обитания, использование пестицидов и болезни – вот некоторые из факторов, способствующих этому сокращению. Поэтому любая новая технология, которая может помочь защитить пчел от этих факторов, имеет большое значение.

Washington State University

Как пчелиная матка откладывает яйца (Макро видео) How a queen bee lays eggs (Macro video) • Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Как пчелы поменяли старую матку. • Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Как вывести маток (Самый простейший способ вывода маток) Полная версия! • Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Что такое пчелиные матки F1 и матки F2 • Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Пчеломатка это кто? • Внутреннее «банкирование маток» может помочь пчеловодам справиться с изменением климата

Флуоресцентный белок проливает свет на мозг пчел

Исследователи пчел из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе встроили датчик кальция в медоносных пчел для изучения нейронной обработки информации, включая их реакцию на запахи. Эта новая разработка также позволяет понять, как социальное поведение располагается в мозге пчелы. Насекомые, включая пчел, являются важными модельными организмами для исследований благодаря сходству их генетического кода с человеческим. С помощью новой технологии исследователи теперь могут непосредственно наблюдать за мозгом пчелы, что позволяет глубже понять ее поведение.

Флуоресцентный белок пролил свет на мозг пчел

Флуоресцентный белок пролил свет на мозг пчел

Группа исследователей из различных университетов, включая Дюссельдорф, Франкфурт-на-Майне, Париж-Сакле и Тренто, разработала метод мониторинга нейронной активности у медоносных пчел. Команда модифицировала генетический код пчел для получения флуоресцентного белка, своего рода сенсора, который позволяет отслеживать участки, активизирующиеся в ответ на стимулы окружающей среды. Интенсивность излучаемого света варьируется в зависимости от нейронной активности.

Исследователи столкнулись со значительными трудностями при создании «пчелы-сенсора», особенно при работе с ДНК пчелиных маток. В отличие от плодовых мушек, пчелиных маток нелегко содержать в лаборатории. Однако после длительного разведения, тестирования и отбора семь маток были успешно модифицированы с помощью генетического датчика. Затем королевы передали ген некоторым из своих потомков.

Исследовательская группа использовала датчик для изучения обоняния пчел и того, как их восприятие запаха кодируется в нейронах. Насекомых стимулировали различными запахами и наблюдали за ними с помощью микроскопа высокого разрешения. Это позволило определить, какие клетки мозга активируются под воздействием этих запахов и как эта информация распределяется в мозге.

Флуоресцентный белок пролил свет на мозг пчел

Записи проводились в естественных условиях с использованием техники, которая позволила исследователям заглянуть непосредственно в мозг пчел. Насекомые были закреплены в измерительной стойке, а затем им предъявлялись различные запаховые стимулы. Эта новая технология позволяет изучить, как происходит общение внутри колоний и как социальность влияет на мозг животных.

Этот прорыв в исследовании пчел имеет огромное значение, поскольку пчелы демонстрируют сложное социальное поведение, которое имеет решающее значение для их выживания. Пчелы демонстрируют сложное поведение, используя способности к ориентации, коммуникации, обучению и памяти. Понимание того, как эти способности расположены в мозге, может привести к лучшему пониманию роли пчелы в экосистеме и способов ее защиты.

Кроме того, разработка «сенсорной пчелы» может иметь значительные последствия и для других областей исследований. С помощью этой новой технологии исследователи теперь могут непосредственно наблюдать за нейронной активностью насекомых, что позволит глубже понять их поведение и роль в экосистеме.

Флуоресцентный белок пролил свет на мозг пчел

В заключение следует отметить, что интеграция кальциевого датчика в медоносных пчел группой исследователей из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе открыла путь к новой эре исследований пчел. Новая технология позволяет глубже понять поведение пчел, включая их обоняние и то, как социальное поведение располагается в мозге. С помощью этой новой технологии исследователи теперь могут непосредственно наблюдать за нейронной активностью насекомых, что приведет к лучшему пониманию их поведения и роли в экосистеме. Этот прорыв в исследовании пчел имеет огромное значение и может иметь значительные последствия для других областей исследований.

Heinrich-Heine University Duesseldorf

На что способен мозг и интеллект насекомых? • Флуоресцентный белок пролил свет на мозг пчел

Как работает МОЗГ и СОЗНАНИЕ у НАСЕКОМЫХ? • Флуоресцентный белок пролил свет на мозг пчел

Что бы вы увидели, если бы могли войти в улей • Флуоресцентный белок пролил свет на мозг пчел

В «танце виляния» пчелы обнаружено сложное заученное социальное поведение

Передача общих знаний от одного поколения к другому является отличительной чертой культуры и позволяет животным быстро адаптироваться к изменяющейся окружающей среде. В то время как раннее социальное обучение широко проявляется у самых разных видов, от человеческих младенцев до голых кротовых крыс или птенцов певчих птиц, теперь оно задокументировано и у насекомых.

В «танце виляния» пчелы обнаружили сложное социальное поведение

В «танце виляния» пчелы обнаружили сложное социальное поведение

Представляем вам новаторскую исследовательскую статью, опубликованную в журнале Science. Группа исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Китайской академии наук обнаружила, что социальное обучение является основополагающим для медоносных пчел. Профессор Джеймс Ниех из Школы биологических наук и его коллеги обнаружили, что «танец виляния», который с помощью сложной серии движений сигнализирует сородичам о местонахождении критически важных ресурсов, совершенствуется в процессе обучения и может передаваться культурным путем.

Танец виляния – один из самых сложных известных примеров пространственно-референтной коммуникации у нелюдей. Медоносные пчелы, будучи социальным насекомым с высокоорганизованной структурой сообщества, помогают обеспечить выживание своих колоний, сообщая друг другу о местонахождении источников пищи с помощью этого танца. Во время танца пчелы кружат по кругу в форме восьмерки, покачивая телом в центральной части танца. Движения во время танца передают визуальную информацию от окружающей среды вокруг улья и расположения солнца в расстояние, направление и даже качество ресурса для сородичей.

В «танце виляния» пчелы обнаружили сложное социальное поведение

Примечательно, что передача этой информации происходит точно, несмотря на то, что пчелам приходится быстро перемещаться по часто неровной поверхности сотов улья. Исследователи поставили эксперименты по проверке деталей, связанных с общением с помощью танца виляния. Они создали колонии для изучения процесса передачи информации между опытными пчелами-фуражирами и их молодыми, менее опытными сородичами.

Экспериментаторы создали колонии, в которых пчелы не имели возможности наблюдать или следить за танцорами виляния до того, как они начали танцевать. Эти колонии состояли из молодых пчел одного возраста. Пчелы начинают танцевать, когда достигают нужного возраста, и всегда следуют за опытными танцорами, прежде чем те впервые попытаются танцевать. Поэтому в этих экспериментальных колониях пчелы не имели возможности учиться у более опытных танцоров.

В «танце виляния» пчелы обнаружили сложное социальное поведение

«Пчелы, не имевшие возможности следить за танцорами до того, как они начали танцевать, исполняли значительно более беспорядочные танцы с большими ошибками расхождения угла виляния и неправильно кодировали расстояние», – отмечают исследователи в своей работе. В отличие от них, пчелы, которые следили за другими танцорами в контрольных колониях, не страдали от таких проблем. Как и люди, для которых важно раннее развитие языка, пчелы приобрели социальные сигналы, которые были закодированы и остались с ними на всю жизнь (около 38 дней). Пчелы, которые не научились правильному танцу виляния в раннем возрасте, смогли улучшить его, наблюдая за другими танцорами и тренируясь, но они так и не смогли правильно кодировать расстояние.

Это кодирование расстояния создает различные «диалекты» разных видов медоносных пчел. Другими словами, пчелы, которые никогда не могли наблюдать за другими танцорами на критической ранней стадии обучения, выработали новый диалект, которого они придерживались до конца жизни. «Ученые считают, что диалекты пчел формируются под влиянием местной среды. Если это так, то колонии имеет смысл передавать диалект, который хорошо адаптирован к этой среде», – сказал Ниех. Таким образом, полученные результаты являются доказательством того, что социальное обучение формирует сигналы медоносных пчел, как это происходит с ранней коммуникацией у многих видов позвоночных, которые также получают пользу от обучения.

В «танце виляния» пчелы обнаружили сложное социальное поведение

Получив новые результаты, Ниех и его коллеги теперь хотели бы понять роль окружающей среды в формировании языка пчел. В будущем они хотели бы выяснить, могут ли старые, более опытные пчелы в колонии, знающие распределение источников пищи в окружающей среде, передать оптимизированный диалект следующему поколению.