Кубанский государственный технологический университет

Выявлен ген, регулирующий разделение труда у пчел

26-05-2012
Генетические основы сложнейшего социального поведения общественных насекомых по-прежнему во многом загадочны, однако первые шаги к их расшифровке уже сделаны (фото с сайта cache.eb.com)

Американские биологи установили, что ген vitellogenin, необходимый для формирования яиц у насекомых, у медоносной пчелы выполняет также целый ряд других функций, связанных с социальной организацией и разделением труда. Белок вителлогенин, кодируемый этим геном, влияет на возраст, в котором рабочая пчела переходит от работы «по дому» к сбору пропитания, на то, какой корм она будет собирать — нектар или пыльцу, а также на продолжительность ее жизни.

Исключительная сложность поведения, коммуникации и социальной организации общественных насекомых издавна привлекает внимание исследователей. Главный принцип организации семьи-колонии у пчел, шмелей, муравьев или термитов — это наличие рабочих особей, которые сами не размножаются, но проявляют подлинно родительскую заботу о потомстве «царицы».

Многие специалисты предполагают, что такое поведение могло появиться из-за десинхронизации работы генов, ответственных за размножение и заботу о потомстве. В результате «родительские инстинкты» у рабочих стали включаться до того, как они сами приобретали способность к размножению. За неимением собственного потомства такие насекомые были вынуждены заботиться о своих сестренках и братишках.

В дальнейшем у многих общественных насекомых система каст и разделения труда между ними сильно усложнилась. Например, у медоносной пчелы молодые рабочие сначала выполняют различные «домашние» работы, а спустя несколько недель переходят к сбору пропитания, причем одни особи специализируются на заготовке нектара, а другие — пыльцы. От чего зависит эта трудовая специализация? Если верны упомянутые выше предположения, то можно ожидать, что важную роль в регуляции разделения труда у пчел могут играть гены-регуляторы, изначально связанные с репродуктивной функцией — например, влияющие на выработку половых гормонов (см.: Amdam et al. Complex social behaviour derived from maternal reproductive traits // Nature. 2006. V. 439. P. 76–78).

Ранее был выявлен ряд генов, уровень экспрессии (активности) которых меняется у рабочих пчел в зависимости от рода их занятий. Особое внимание среди них привлек ген vitellogenin. Этот ген у насекомых — как общественных, так и одиночных — тесно связан с женской репродуктивной функцией: кодируемый им белок вителлогенин необходим для формирования яиц в яичниках самок (см. оогенез). Однако у рабочих пчел, которые никаких яиц не откладывают, этот ген тоже активен. Более того, было замечено, что его активность у рабочих пчел снижается с возрастом. Это позволило предположить, что вителлогенин служит своеобразным поведенческим «переключателем»: снижение его концентрации заставляет пчелу в определенный момент ее жизни оставить домашние хлопоты и переключиться на сбор пропитания за пределами гнезда.

Группе американских энтомологов удалось экспериментально подтвердить роль вителлогенина в регуляции разделения труда у пчел. Для этого они воспользовались методом РНК-интерференции. Только что вышедшим из куколки молодым рабочим пчелам вводили двухцепочечную РНК с такой же последовательностью нуклеотидов, как и в гене vitellogenin. В результате этот ген у подопытных пчел оказывался выключенным на всю жизнь. В опыте использовались также две контрольные группы рабочих: первой из них ничего не вводили, а второй вводили другую двухцепочечную РНК, не влияющую на экспрессию генов (чтобы доказать, что наблюдаемые изменения вызваны именно выключением гена vitellogenin, а не травмирующей процедурой).

Оказалось, что рабочие пчелы с отключенным геном vitellogenin отличаются от контрольных сразу по трем показателям. Во-первых, они значительно раньше переходили от домашних работ к сбору пропитания. Это подтвердило высказанное ранее предположение, что вителлогенин служит «поведенческим переключателем». Во-вторых, продолжительность их жизни заметно сократилась. В-третьих, они специализировались преимущественно на сборе нектара, а не пыльцы. Этот результат согласуется с полученными ранее данными, согласно которым пчелиные семьи, для которых характерен низкий уровень вителлогенина у молодых рабочих пчел, собирают больше нектара и меньше пыльцы по сравнению с семьями, генетические особенности которых предопределяют более высокий уровень вителлогенина у молодых рабочих.

Таким образом, один и тот же ген, изначально связанный с женской репродуктивной функцией, стал выполнять у медоносной пчелы целый ряд новых задач, связанных с регуляцией разделения труда и общественного устройства.

Несомненно, полученные результаты являются важным шагом к пониманию молекулярно-генетических механизмов, определяющих сложнейшее социальное поведение общественных насекомых. Однако для полного разрешения этой великой загадки подобных шагов предстоит сделать еще очень много. Подспорьем в этом нелегком деле станет прочтенный в октябре прошлого года геном медоносной пчелы.

Источник: C. Mindy Nelson, Kate E. Ihle, M. Kim Fondrk, Robert E. Page Jr., Gro V. Amdam. The Gene vitellogenin Has Multiple Coordinating Effects on Social Organization // PLoS Biol 5(3): e62 doi:10.1371/journal.pbio.0050062. См. также популярный синопсис статьи: A Single Gene Coordinates the Social Life of Honeybees.

См. также: 1) Альтруизм общественных насекомых поддерживается полицейскими методами, «Элементы», 08.11.2006. 2) Склонность к альтруизму сильнее у тех, кому нечего терять, «Элементы», 16.05.2006.

Александр Марков

‹‹