Glavni Novice Ena sama čebela ustvarja nesmrtno vojsko klonov po zaslugi genetske naključnosti

Ena sama čebela ustvarja nesmrtno vojsko klonov po zaslugi genetske naključnosti

Izkazalo se je, da se kapska čebela delavka klonira več milijonov krat.

Izkazalo se je, da se kapska čebela delavka klonira več milijonov krat. (Zasluge za sliko: Shutterstock)

Ko koprivnica afriškega nižavjačebela( Apis mellifera scutella) kolaps, to počnejo zaradi nevidne notranje grožnje: rastoče, nesmrtne klon vojska konkurenčne čebelje podvrste.

Ta vojska je mogoča, ker delavke konkurenčne podvrste — južnoafriške kapske čebele ( Apis mellifera capensis ) — lahko ustvarijo popolne kopije samega sebe, pri čemer je bilo ugotovljeno, da je en posameznik to storil več milijonov krat v zadnjih treh desetletjih. S to zmožnostjo nenehnega kloniranja se kapske čebele prikradejo v panje svojih tekmic nižinskih čebel in iz njih ustvarjajo kopijo za kopijo (ni potrebe po kraljici). Še huje, ti kloni so brezplačniki in nočejo opravljati nobenega dela.

Zdaj je nova študija razkrila genetske temelje nenavadne in mogočne prilagoditve. Za razliko od večine živali in celo lastne kraljice delavke ne premeščajo DNK jajc, ki jih odložijo. To delavcem omogoča dosledno ustvarjanje popolne kopije sebe – klona – vsakič, ko se razmnožujejo. Po besedah ​​raziskovalcev je izogibanje temu procesu preoblikovanja DNK drugačno od vsega, kar so kdaj videli.

Sorodno: Čudovite slike avstralskih 'mavričnih' čebel vas bodo navdušile

'To je neverjetno. Prav tako je neverjetno nefunkcionalen,« je za Live Science povedal glavni avtor Benjamin Oldroyd, profesor vedenjske genetike na Univerzi v Sydneyju, pri čemer se je skliceval na dejstvo, da je običajno potrebno preoblikovanje, da se kromosomi držijo skupaj med procesom izdelave jajčec. 'Vendar jim je to nekako uspelo (še vedno ležejo jajca). To je noro; Za kaj takega še nisem slišal, nikjer.«

Čebele delavke in druge družbene žuželke se lahko razmnožujejo z obliko nespolnega razmnoževanja, imenovano thelytokous partenogenesis, pri kateri samice proizvajajo ženske potomce iz neoplojenih jajčec. Vsakič, ko ustvari potomce, bo enostarševska čebela delavka replicirala kromosome, ki jih je prejela od svojih staršev (kraljice in trotovskega samca), v štiri. Nato vzame genetski material iz vseh štirih kromosomov, ga premeša in s postopkom, imenovanim rekombinacija, ustvari štiri kromosome s to zmešano DNK. Ta prerazporeditev zagotavlja, da bodo bodoči potomci genetsko različni tudi z enim staršem.

Ker pa sta izbrana samo dva kromosoma od štirih in spolni partner ne vnese novega genetskega materiala, to povzroči povprečno izgubo ene tretjine genetske raznolikosti vsakič, ko se izvede mešanje ali vsako generacijo, je dejal Oldroyd. . Po samo nekaj generacijah partenogenetske reprodukcije nakopičena izguba genskega materiala vodi do ravni genske raznolikosti, ki so dovolj nizke, da so smrtonosne.

Večina družabnih žuželk se torej zanaša na matico, ki se spolno razmnožuje v njihovem imenu. V zameno genetsko raznoliki delavci ohranjajo zdravje kolonije in ščitijo zarod svojih sorojencev in bratrancev.

'Kot v človeški družbi imamo to napetost med tem, kaj je dobro za posameznika in kaj je dobro za družbo, in pridemo do vseh teh družbenih norm, ki nam omogočajo delovanje,' je dejal Oldroyd. 'V medonosnih čebeljih družbah je ena od stvari, ki so se razvile za zatiranje sebičnega vedenja, [da] delavke na splošno ne morejo izleči jajc.'

To večinoma velja za kapsko čebelo, ki se po Oldroydu na splošno drži običajnih pravil razmnoževanja družbenih žuželk. Toda čebele delavke Cape imajo genetsko mutacijo, ki jim omogoča partenogenetsko odlaganje jajčec z vsem genskim materialom iz štirih kromosomov (tako da nekako ne vržejo nobenega od teh kromosomov). S to sposobnostjo lahko preprečijo takojšnjo izgubo genske raznolikosti, ki jo povzroči proces preoblikovanja. To jim omogoča, da se desetletja klonirajo, kadar hočejo, tudi če kloniranje dolgoročno vodi do populacije, ki na splošno nima genetske raznolikosti.

Ta velesila kloniranja postavlja kolonije na veliko boljšo točko ravnotežja med individualizmom in socialnostjo. In če se prevrnejo, jim po mnenju raziskovalcev morda grozi izumrtje.

Da bi razumeli, kako lahko kloni ustvarijo milijone svojih kopij in kljub temu ostanejo funkcionalni, sta Oldroyd in njegova ekipa primerjala genome delavk Cape medonosnih čebel z genomi njihove kraljice in njenih potomcev.

Potem ko so Cape matico prisilili k nespolnemu razmnoževanju tako, da so ji nalepili kirurški trak, ki ji je preprečil parjenje, je ekipa pregledala določena zaporedja DNK Cape matic in 25 ličink, ki jih je proizvedla. Nato so storili enako za štiri delavke Cape in njihovih 63 ličink.

Ekipa je odkrila, da so imeli nespolno razmnoženi potomci kraljice stopnje rekombinacije (mešanje DNK) 100-krat večje od genetsko identičnih kloniranih potomcev delavk – ugotovitev, ki nakazuje, da so čebele delavke Cape razvile mutacijo, ki preprečuje rekombinacijo. Brez tveganja izgube ene tretjine genetskega materiala, ki ga povzroči proces nespolnega preoblikovanja, lahko delavci svobodno nenehno ustvarjajo popolne kopije sebe.

Sposobnost delavcev, da poljubno klonirajo, postavlja njihove kolonije v veliko bolj negotov položaj, zlasti ko kraljica odide ali umre in se stari družbeni red sesuje. Namesto da bi porabili energijo, da bi kolonijo postavili nazaj na noge, se bodo delavci posvetili sebičnim načrtom - kot je iskanje načinov, kako svoje klone postaviti na položaje moči.

'Če na primer vzamete matico, namesto da bi vzgojili novo matico, kot bi lahko druge vrste čebel, bodo te čebele same začele odlagati jajca,' je dejal Oldroyd. „Obstajajo tudi celice, imenovane matične celice, kjer matica odloži jajca, v katerih so bodoče matice. Popolnoma možno je, da delavec prileti iz druge kolonije ali da eden od obstoječih delavcev v tej koloniji pride in zamenja jajce kraljice z enim od jajc svojih klonov. Tako se lahko genetsko reinkarnirajo v kraljico.«

Toda ena linija kapskih čebel delavk je to družbeno parazitsko vedenje popeljala še dlje, do točke, ko ne potrebujejo več kraljice in obstajajo samo tako, da prevzamejo panje afriške nižinske čebele. Člani, ki pripadajo eni sami veji prevarantskih klonov Cape čebele delavke, se prikradejo v afriške nižinske čebelje čebele, ki se običajno uporabljajo v kmetijske namene, in odložijo čim več jajc, ki jih afriške nižinske čebele zamenjujejo za svoja in vzgajajo.

Parazitski klon Cape bee larvae je vpleten v to zvijačo in celo pošilja signale svojim nesrečnim gostiteljem, naj jih nahranijo čim več. To vedenje, podobno kukavici, jim omogoča, da svoje telo in jajčnike zrastejo skoraj do velikosti kraljice.

'Kloni Cape čebel ne opravljajo nobenega dela v teh panjih, ker so postali reproduktivni,' je dejal Oldroyd. 'Samo šopirijo se s tem odnosom, kot je:' Ja, delal boš zame. Zelo hitro vodi do propada panja. Kot posamezniki so ti kloni precej disfunkcionalni, zato bi pričakovali, da bodo izumrli. Toda v tem pogledu so zelo podobne celicam v tumorju – ni pomembno, ali je vsak klon zdrav, dokler jih je dovolj, da izkoriščajo gostitelja.«

Po Oldroydu so čebele delavke Cape, ki sodelujejo pri tem parazitskem vedenju, genetsko identični potomci ene same delavke, ki je živela leta 1990. Ta posamezna linija klonov je odgovorna za propad 10 % kolonij afriških nižinskih čebel vsako leto.

Zdaj, ko raziskovalci vedo, kako lahko delavci izvedejo svoj nenavaden trik kloniranja, želijo ugotoviti, kako lahko kraljice vklopijo gen, ki omogoča rekombinacijo, in kako ga lahko delavci izklopijo. Prav tako želijo raziskati afriške nižinske panje, v katerih parazitirajo čebele delavke Cape, da bi ugotovili, kaj sproži propad panja.

Raziskovalci so svoje ugotovitve objavili 9. junija v reviji Zbornik Kraljeve družbe B .

Zanimivi Članki