Pszczoła Miodna Z Dwóch Ojców I Bez Matki

Samica pszczoły miodnej z dwoma ojcami - i bez matki - została odkryta; pierwsza tego rodzaju obserwowana w naturze

autor: GrrlScientist for Forbes | @GrrlScientist

Pszczoła pracująca (Apis mellifera). (Źródło: Cumnor Hill, Sharp Photography / CC BY-SA 3.0)

Zespół naukowców odkrył samicę pszczoły miodnej, która ma dwóch ojców - i nie ma matki - pierwszą w swoim rodzaju zaobserwowaną w naturze. Pszczoły mrówki i osy (Hymenoptera) powstają z zapłodnionych jaj, które mają jeden zestaw chromosomów od każdego rodzica, podczas gdy samce powstają z niepłodnych jaj. U pszczół miodnych kobiety - królowe i robotnice - mają łącznie 32 chromosomy, podczas gdy samce (drony) mają tylko o połowę mniej.

„Z definicji we wszystkich haplodiploidach (pszczołach, mrówkach i osach) samiec jest haploidalny - stworzony z niezapłodnionego jaja, co oznacza, że ​​ma tylko jeden zestaw chromosomów od swojej matki”, powiedziała biolog molekularny, Sarah Aamidor, główny autor badania i absolwent biologii na University of Sydney, w e-mailu.

System determinacji płci haplodiploidalnej umożliwia rozwój niezwykłej różnorodności zjawisk biologicznych, w tym klonowania kobiet, klonowania mężczyzn i gynandromorfii. Gynandromorf ma cechy zarówno męskie, jak i żeńskie oraz mieszankę tkanek obu płci (zob.). Gynandromorfy różnią się od hermafrodytów, które mają zarówno męskie, jak i żeńskie narządy rozrodcze.

U pszczół miodnych ginandromorfy zwykle rozwijają się z połączenia diploidalnej zygoty i haploidalnej tkanki męskiej pochodzącej z drugiej nasienia (ref & ref). Jest to możliwe dzięki temu, że pszczoły miodne są polspermiczne, sytuacja, w której więcej niż jedna sperma wchodzi do jaja i łączy się z początkowym skupieniem komórek. Komórki te zaczynają się dzielić i wytwarzać tkanki, które stają się częścią rozwijającego się zarodka.

Ale co powoduje pszczołę gynandromorficzną? Było to jedno z pytań, które zmotywowały panią Aamidor i jej współpracowników do podjęcia tego badania (ref) z wykorzystaniem „nienormalnych pszczół” zebranych przez innego badacza podczas przeprowadzania poprzedniego badania.

Europejskie pszczoły miodne (Apis mellifera) w Australii. (Źródło: CSIRO / CC 3.0)

„Te pszczoły były dziwne, ponieważ są gynandromorfami (mozaikami płciowymi): mają kawałki, które wyglądają jak męskie, i kawałki, które wyglądają jak kobiety”, współautorka badań, Isobel Ronai, która była wówczas studentką uniwersytetu w Sydney, napisała na Twitterze na Twitterze (wątek). „Na przykład, samce pszczół miodnych są znacznie większe niż oczy samic, a ten gynandromorf ma męskie oko na kobiecym ciele”.

Męskie oczy pszczół miodnych są znacznie większe niż oczy kobiet, a ten gynandromorf ma męskie oko na kobiecym ciele. (Źródło: Aamidor i Ronai, 2018, przez Twitter.)

Chociaż gynandromorfy mogą wynikać z rzadkiej mutacji genetycznej, nie jest jasne, w jaki sposób i dlaczego się pojawiają. Czy to zależy od temperatury? Wypadek rozwojowy? Czy…?

Aby zidentyfikować przyczyny gynandromorfów u pszczół miodnych i lepiej zrozumieć elastyczność reprodukcji pszczół miodnych, pani Aamidor i jej współpracownicy przeprowadzili sekcję 11 nowo powstałych domniemanych pszczół gynandromorficznych z jednej kolonii i zbadali morfologię różnych tkanek w obrębie każdej pszczoły, aby zidentyfikować jej płeć.

„Sarah i ja spędziliśmy razem kilka fajnych dni, analizując te dziwne pszczoły”, napisał tweeta doktor Ronai. „Później Sarah przeanalizuje tkanki za pomocą techniki genetycznej przy użyciu mikrosatelitów w celu ustalenia matki i ojca (-ów) tych pszczół - ta sama technika jest stosowana w testach na ojcostwo u ludzi”.

Pani Aamidor i jej współpracownicy znaleźli „losową mieszankę” męskich i żeńskich narządów u tych dziwnych pszczół. Odkryli również, że pięć z gynandromorfów miało normalne jajniki.

„Ponadto trzy pszczoły miały duże jajniki przypominające królową, a nie małe jajniki pracownicze” - napisał tweetowany dr Ronai.

Tylko jeden gynadromorf miał normalne męskie narządy rozrodcze, podczas gdy dwa inne miały częściowe narządy rozrodcze.

„Sara i ja dokonaliśmy analizy wszystkich pszczół, które wyglądały naprawdę dziwnie, i powiedziałem jej, że powinniśmy przebić ostatnią pszczołę, normalnie wyglądającą samicę z tej samej kolonii, abyśmy mogli porównać anatomię” - napisał tweetowany dr Ronai. „Po wycięciu pszczoła została dodana do analizy genetycznej Sarah jako kontrola”.

Analiza genetyczna wykazała, że ​​dziewięć z 11 gynandromorfów miało dwóch lub trzech ojców. O dziwo, jeden gynandromorf - pozornie normalna kontrola kobiet - faktycznie miał dwóch ojców i matkę - zdarzenie, które mogło wyniknąć jedynie z połączenia nasienia.

„Analiza genetyczna gynandromorfów Sarah wykazała również, że jedna pszczoła miała 4 rodziców (trzech ojców i matkę)!” Dr Ronai napisał na Twitterze.

„Aby to wyjaśnić, schemat Sarah pokazuje morfologiczny i genetyczny skład 11 pszczół. Tkanka żeńska (czerwona) i męska (niebieska). Gonady każdej pszczoły są oznaczone różnymi kolorami chmur. Każdy ojciec (14x) jest reprezentowany przez plemniki o innym kolorze. Matka z koroną ”- dodał dr Ronai w innym tweecie.

Podsumowanie pochodzenia 11 dziwnych pszczół miodnych. (Źródło: Sarah Aamidor, dzięki uprzejmości Isobel Ronai za pośrednictwem Twittera).

„To pierwszy raport o zjawisku pszczoły z dwójką ojców i bez matki w błonkoskrzydłych” - podsumowała Aamidor.

„Samica pszczoły, która miała dwóch ojców stworzonych przez połączenie dwóch plemników, jest pierwszą doniesieniem o haplodiploidach i jest interesującym zjawiskiem, biorąc pod uwagę, że próby połączenia dwóch plemników u ssaków nie zostały [stwierdzone] jako możliwe” - wyjaśniła pani Aamidor. w mailu.

To odkrycie podkreśla elastyczność reprodukcji owadów społecznych i potencjalnie nowe struktury społeczne na poziomie kolonii.

„Pokazujemy tutaj osoby złożone z trzech, a nawet czterech rodziców (jedna matka i 2–3 ojców), którzy nadal tworzą żywą pszczołę”, zauważyła w e-mailu Aamidor.

Badanie to zaczyna poszerzać naszą ograniczoną wiedzę na temat naprawdę niezwykłych sposobów, w jakie zwierzęta płciowe mogą łączyć swoje genomy.

Czy gynandromorfy zapewniają pszczołom miodowym jakąś ewolucyjną korzyść?

„Gynandromorfy nie mają przewagi ewolucyjnej”, odpowiedziała Aamidor. „Zakładamy, że gynandromorfy to błędy genetyczne”. Według pani Aamidor, gdy w jednym ulu znajduje się duża liczba gynandromorfów, zakłada się, że królowa niesie mutację.

Inna grupa hymenopteranów, mrówki, może czerpać ewolucyjną korzyść z gynandromorfów.

„U mrówek zasugerowano, że gynandromorfy mogły być motorem ewolucji odlewów robotników dimorficznych”, dodaje Aamidor w e-mailu. „Ale nie jest to prawdopodobne w przypadku pszczół miodnych, ponieważ istnieje tylko jeden typ pracownika.”

Gynandromorfy obserwowano również u innych gatunków, w tym u innych owadów (pisałem tutaj o gynandromorfach motyla), niektórych skorupiaków i kilku gatunków ptaków (pisałem o gynandromorfii u ptaków i innych zwierząt tutaj, tutaj i tutaj) . Jednak w żadnym przypadku nie zidentyfikowano żadnej mutacji genetycznej, która wyzwalałaby rozwój gynandromorfów.

„Poza tymi już znanymi przykładami mogą istnieć równie niezwykłe systemy społeczne, których jeszcze nie zidentyfikowano ani nawet nie wyobrażono”, napisała pani Aamidor i jej współpracownicy.

Źródło:

Sarah E. Aamidor, Boris Yagound, Isobel Ronai i Benjamin P. Oldroyd (2018). Mozaiki płciowe u pszczoły miodnej: jak haplodiploidia umożliwia ewolucję nowych form rozmnażania w społecznym błonku macicy, Biology Letters, opublikowanym online 28 listopada 2018 r. Przed wydrukowaniem | doi: 10.1098 / rsbl.2018.0670

UWAGA: Ten utwór został zredagowany 29 listopada 2018 r., Aby uwzględnić tweetowane komentarze i obrazy Isobel Ronai.

Pierwotnie opublikowany w Forbes 28 listopada 2018 r.