Пчелна пчела с двама бащи и без майка

Открита е женска пчела с два бащи - и няма майка; първото по рода си, наблюдавано в природата

от GrrlScientist for Forbes | @GrrlScientist

Пчелна работничка (Apis mellifera). (Кредит: Cumnor Hill, Sharp Photography / CC BY-SA 3.0)

Екип от учени откри женска пчела, която има двама бащи - и няма майка - първата по рода си, наблюдавана в природата. Женските пчели, мравки и оси (Hymenoptera) възникват от оплодени яйца, които имат по един набор хромозоми от всеки родител, т.е. докато мъжете са резултат от неоплодени яйца. При пчелните пчели женските - кралици и работници - имат общо 32 хромозоми, докато мъжете (дроновете) имат само половината брой.

"По дефиниция във всички хаплодиплоиди (пчели, мравки и оси) мъжката е хаплоидна - създадена от неоплодено яйце, което означава, че има само един набор от хромозоми от майка си", казва молекулярният биолог Сара Аамидор, водещ автор на изследването и аспирант по биология в университета в Сидни, по имейл.

Системата за определяне на хаплодиплоидния пол позволява развитието на забележително разнообразие от биологични явления, включително клониране на жени, клониране при мъже - и гинандроморфия. Гинандроморфът има както мъжки, така и женски характеристики и смесица от тъкан от двата пола (ref). Гинандроморфите се различават от хермафродитите, които имат както мъжки, така и женски репродуктивни органи.

При пчелните пчели, гинандроморфите обикновено се развиват от комбинацията от диплоидна зигота и хаплоидна мъжка тъкан, произхождаща от втора сперма (ref & ref). Това става възможно от факта, че пчелите са полиспермични, ситуация, при която повече от една сперма навлиза в яйцеклетката и се слива с първоначалния клетъчен клъстер. След това тези клетки започват да се делят и пораждат тъкани, които стават част от развиващия се ембрион.

Но какво причинява пчела на гинандроморф? Това беше един от въпросите, които мотивираха г-жа Аамидор и нейните колеги да предприемат това проучване (ref), използвайки някои „ненормални пчели“, събрани от друг изследовател, докато провеждаха предишно проучване.

Европейски пчели (Apis mellifera) в Австралия. (Кредит: CSIRO / CC 3.0)

„Тези пчели бяха странни, защото са гинандроморфи (секс мозайки): имат парчета, които изглеждат мъжки, и бита, които изглеждат женски“, съавторът на проучването, Изобел Ронай, която беше аспирант в университета в Сидни по това време, туитира в Twitter (тема). „Например мъжките пчелни очи са много по-големи от женските очи и този гинандроморф има мъжко око върху женското тяло.“

Мъжките пчелни очи са много по-големи от женските очи и този гинандроморф има мъжко око върху женското тяло. (Кредит: Aamidor & Ronai, 2018, чрез Twitter.)

Въпреки че гинандроморфите могат да бъдат резултат от рядка генетична мутация, не е ясно как и защо се появяват. Зависи ли от температурата? Инцидент в развитието? Или … ?

За да идентифицират какво причинява гинандроморфите при пчелните пчели и за да разберат по-добре гъвкавостта на възпроизвеждането на пчелите, г-жа Аамидор и нейните сътрудници дисектират 11 новопоявили се предполагаеми пчелни гинандроморфи от една колония и изследват морфологията на различни тъкани в рамките на всяка пчела, за да идентифицират нейния пол.

"Сара и аз прекарахме няколко забавни дни заедно, дисектирайки тези странни пчели", туитира д-р Ронай. "Сара по-късно ще анализира тъканите с генетична техника, използвайки микросателити, за да определи майката и бащата (ите) на тези пчели - същата техника се използва за тестове за бащинство при хората."

Г-жа Аамидор и нейните сътрудници откриха „случаен микс“ от мъжки и женски органи в тези странни пчели. Те също така откриха, че пет от гинандроморфите имат нормални яйчници.

„Също така три пчели имат големи яйчници, наподобяващи кралица, а не малки яйчници на работници“, туитира д-р Ронай.

Само един гинадроморф има нормални мъжки репродуктивни органи, докато два други имат частични репродуктивни органи.

„Сара и аз бяхме разсекли всички пчели, които изглеждаха наистина странно и й казах, че трябва да разсечем последната пчела - нормална изглеждаща женска от същата колония, за да можем да сравним анатомията“, туитира д-р Ронай. "Веднъж разчленена, пчелата е добавена към генетичния анализ на Сара като контрола."

Генетичният анализ разкри, че девет от 11-те гинандроморфа имат или двама, или трима бащи. Удивително е, че един гинандроморф - на пръв поглед нормалната женска контрола - всъщност имаше двама бащи и няма майка - събитие, което можеше да е резултат само от сливане на сперма.

"Генетичният анализ на Сара на гинандроморфите също откри, че една пчела има 4 родители (трима бащи и майка)!" Д-р Ронай туитира.

„За да се изясни, диаграмата на Сара показва морфологичен и генетичен състав на 11-те пчели. Женска тъкан (червена) и мъжка тъкан (синя). Половите на всяка пчела са обозначени с различни цветни облаци. Всеки баща (14x) е представен от сперма с различен цвят. Майка, показана с корона ”, добави д-р Ронай в друг туит.

Обобщение на родителството на 11-те странни пчели. (Кредит: Сара Аамидор, любезното съдействие на Isobel Ronai чрез Twitter.)

„Това е първият доклад за феномен на пчела с двама бащи и без майка в хименоптера“, заключи г-жа Аамидор.

„Женската пчела, която има двама бащи, създадена чрез сливането на две сперматозоиди, е първата съобщена при хаплодиплоидите и е интересно явление, като се има предвид, че опитите за сливане на два сперматозоида при бозайници не са [установени], че са възможни“, уточни г-жа Аамидор. в имейл.

Тази констатация подчертава гъвкавостта за възпроизвеждане на социални насекоми и потенциално новите социални структури на ниво колонии.

„Тук показваме, че хората са съставени от три и дори четири родителски произхода (една майка и 2–3 бащи), които все още създават жива пчела“, посочи г-жа Аамидор в имейла.

Това проучване започва да разширява нашето ограничено разбиране за наистина необичайните начини, по които сексуалните животни могат да слеят геномите си.

Гинандроморфите осигуряват ли някаква еволюционна полза за пчелите?

„Няма еволюционно предимство на гинандроморфите“, отговори г-жа Аамидор. "Предполагаме, че гинандроморфите са генетични грешки." Според г-жа Аамидор, когато в един кошер се открият голям брой гинандроморфи, се предполага, че кралицата носи мутацията.

Друга група хименоптерани, мравките, могат да извлекат еволюционна полза от гинандроморфите.

„При мравки се предполага, че гинандроморфите може да са предизвикали еволюцията на диморфните кастинги на работниците“, добави г-жа Аамидор в имейла. „Но това е малко вероятно при пчелните пчели, тъй като има само един тип работник.“

Гинандроморфите са наблюдавани и при други видове, включително други насекоми (тук съм писал за пеперудките гинандроморфи), някои ракообразни и няколко вида птици (писал съм за гинандроморфия при птици и други животни тук, тук и тук) , Въпреки това, в никакъв случай не е установена генетична мутация, която да задейства развитието на гинандроморфи.

„Отвъд тези вече известни примери, вероятно има еднакво необикновени социални системи, които все още не са идентифицирани или дори са си представяли“, пише г-жа Аамидор и нейните сътрудници.

Източник:

Сара Е. Аамидор, Борис Ягунд, Изобел Ронай и Бенджамин П. Олдройд (2018). Сексуални мозайки в пчелната пчела: как хаплодиплоидията прави възможна еволюцията на нови форми на възпроизвеждане в социалната хименоптера, Биологични писма, публикувани онлайн на 28 ноември 2018 г. преди отпечатване | DOI: 10.1098 / rsbl.2018.0670

ЗАБЕЛЕЖКА: Това парче беше редактирано на 29 ноември 2018 г., за да включва туитваните коментари и изображения на Isobel Ronai.

Първоначално публикуван във Forbes на 28 ноември 2018 г.