Płeć każdej żywej istoty ma istotne konsekwencje dla jej formy, funkcji i zachowania. Płeć biologiczna jest określana zwykle na początku życia organizmu – u ludzi to obecność chromosomu Y decyduje o urodzeniu mężczyzny. Ale jak jest u pszczół? Mechanizmy te badał już śląski ksiądz Jan Dzierżoń w 1845 r., który odkrył m.in. bezpłciowe rozmnażanie samców – trutni.
Czytaj też: Ratujmy ćmy! Są równie ważne dla ekosystemów co pszczoły
Ale ponieważ pszczoły nie mają tylko jednego chromosomu determinujące płeć, proces ten musi zachodzić u nich inaczej. Zespół uczonych z Uniwersytetu Heinricha Heinego (HHU) w Düsseldorfie pod kierunkiem prof. Martina Beye ustalił, że u pszczół płeć jest determinowana przez pojedynczy gen – csd – za pomocą specjalnego mechanizmu. Szczegóły opisano w Science Advances.
Za płeć pszczoły odpowiada mechanizm podobny do gry w kości
Pszczoły są owadami społecznymi – w lecie (podczas pełnego rozwoju) rodzina pszczela może liczyć nawet 80 tys. osobników, a w trakcie zimy spaść do 10 tys. Najważniejsza w całej kolonii jest zawsze matka (królowa), która jest całkowicie zależna od swoich opiekunek – robotnic – które ją karmią i pielęgnują. Matka niemal przez całe życie przebywa w gnieździe, wydostaje się tylko podczas lotu godowej i w trakcie rójki. W ulu najwięcej jest robotnic – samic, których larwy były karmione uboższym pokarmem, co przyczyniło się do utraty możliwości składania jaj. Są także trutnie, które nie wykonują żadnych prac, a ich jedynym zadaniem jest udział w rozmnażaniu.
Czytaj też: Nie wszystkie pszczoły żyją w grupie. Na wyspie Oceanu Spokojnego odkryto nowy gatunek samotnika
Rozmnażanie pszczół jest wynikiem kontaktu płciowego matki z trutniami, do którego dochodzi tylko raz w życiu. Pszczoły przechodzą przeobrażenie zupełne, czyli z jaj wylęgają się larwy, które zamieniają się w poczwarki i następnie postać dorosłą. Składane są następujące rodzaje jaj: do komórek pszczelich zapłodnione, z których rozwiną się robotnice, do komórek trutniowych niezapłodnione, z których rozwiną się trutnie.
Determinujący płeć pszczół gen csd może mieć ponad 100 alleli (odmian). W świecie przyrody to allele danego genu determinują różne cechy, np. kolor płatków kwiatów. U pszczół w wyniku zapłodnienia płciowego powstaje diploidalny zestaw chromosomów, co oznacza, że każda pszczoła zapłodniona płciowo ma dwa warianty genu csd.
Uczeni z Düsseldorfu odkryli, że tam, gdzie dwa allele genu csd są różne, rozwija się samica, a jeżeli allele są takie same na obu chromosomach, powstaje samiec. Pszczoły chcą jednak uniknąć chowu wsobnego, więc robotnice nie pielęgnują tych jaj.
Dr Marianne Otte z Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie mówi:
Trzeba wiedzieć, że każdy allel genu csd wytwarza inny wariant powiązanego białka CSD, z których wszystkie nieznacznie się różnią. Udało nam się wykazać, że tylko różne białka CSD mogą się ze sobą wiązać i w ten sposób aktywować przełącznik molekularny determinujący “samicę pszczoły”. Natomiast jeśli białka są takie same, wiążą się inaczej i przełącznik nie jest aktywowany.
Uczeni mówią, że jest to podobne do gry molekularnej, w której biorą udział dwie kości – ale sytuacja, w której na obu kościach pojawią się te same oczka, nie jest tu zwycięska. Trutnie rozwijają się natomiast z niezapłodnionych jaj i mają jedynie prosty zestaw chromosomów z identycznymi białkami CSD. Opisanie tego mechanizmu to rozwiązanie istniejącej ponad 100 lat zagadki. Badania będą kontynuowane, gdyż mechanizm, którego robotnice używają do określenia, czy zapłodnione jajo zawiera dwa różne białka CSD jest wciąż nieznany.