NC: от гена fruitless оказалось зависимо кооперативное поведение трутней

Ученые выяснили, какой ген заставляет трутней миролюбиво выпрашивать еду, и это открытие меняет представления о социальной эволюции пчел.

Как сообщает научный журнал Nature Communications, немецкие и французские исследователи определили генетический механизм, регулирующий кооперативное поведение трутней. Выяснилось, что фундаментальную роль в этом процессе играет ген fruitless (fru), который влияет на активность нейронов, обрабатывающих сенсорные сигналы. Именно эта система позволяет трутням эффективно выпрашивать пищу у рабочих пчел через процесс трофаллаксиса.

Как отмечают ученые, трутни в колонии полностью зависят от рабочих пчел, поскольку не могут самостоятельно питаться пыльцой. Чтобы получить еду, они приближаются к рабочим пчелам, контактируют с ними антеннами и совершают стереотипные движения. Однако генетические основы этого поведения долгое время оставались неясными.

Группа под руководством Свена Кёнена из Университета Генриха Гейне, Рурского университета и Института агрономических исследований Париж-Сакле провела комплексный анализ экспрессии генов у пчел. Исследователи сфокусировались на гене fruitless, который транскрибируется с трех разных промоторов. Один из них показал значительные различия между полами: транскрипты у самцов оказались в 10–13 раз длиннее. Экспрессия fruitless, как установили ученые, регулируется геном fem, который у самцов подавляется еще на стадии личинки, определяя их половую идентичность.

Специфичные для трутней транскрипты fruᴹ были обнаружены примерно в 1800 нейронах головного мозга и нервных ганглиев. Эти клетки расположены в зонах, отвечающих за зрение, обоняние, обработку информации с антенн и сложное поведение — оптических и антеннальных трактах, обонятельных структурах, грибовидном теле и верхних частях протоцеребрума.

Для проверки функции гена исследователи создали мутантных трутней, лишенных варианта fruᴹ, и поместили их в ульи с нормальными пчелами. Эксперименты показали, что мутанты значительно реже инициировали трофаллаксис и участвовали в кормлении. Они реже приближались к другим пчелам, процесс кормления у них был короче, а реакция на половой феромон матки 9-ODA — слабее.

Важно, что у мутантных трутней не было физических или сенсорных дефектов. Их обонятельные и вкусовые рецепторы работали нормально, а нейроны адекватно реагировали на феромоны и запахи.

Таким образом, ученые пришли к выводу, что ген fruitless критически важен для инициации и поддержания кооперативного поведения трутней. У плодовых мух его аналог связан с половым поведением, а у пчел он контролирует реакцию на феромон матки, что способствует социальному взаимодействию. Исследователи предполагают, что в ходе эволюции эусоциальности ген fruitless у пчел приобрел новые функции, начав регулировать не только брачное, но и кооперативное поведение.