Хотя в каждой колонии шмелей есть королева, процесс становления этой королевой может быть скорее демократическим, чем монархическим. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Insect Biochemistry and Molecular Biology, рабочие шмели, по-видимому, выбирают, какая личинка однажды станет королевой.
Ключ к этому процессу отбора лежит в ювенильном гормоне. Этот гормон у насекомых отвечает за их развитие, линьку и последующее размножение. Когда команда исследователей вводила ювенильный гормон рабочим шмелям, те передавали его всем личинкам в колонии через кормление. Чем больше ювенильного гормона получали личинки, тем выше была вероятность того, что они станут королевами.
По словам команды, это первое исследование, показывающее, что каста шмелей определяется рабочими особями, и оно меняет наше понимание динамики пчелиной колонии. Вместо иерархии «сверху вниз» колония оказывается более децентрализованной системой, где кормилицы и рабочие могут изменять будущее личинок.
Меньше похоже на «Девчонок»?
Понимание судьбы личинок шмелей является ключом к пониманию их социального поведения. Вся их система основана на разделении репродуктивного труда — одни самки размножаются, в то время как другие помогают.
«Поскольку все эти самки имеют одинаковую ДНК, это яркий пример того, как один и тот же генотип может давать совершенно разные формы», — заявила в своем заявлении Этья Амсалем, соавтор исследования и энтомолог из Университета штата Пенсильвания. «Это также практический вопрос, поскольку шмели важны для опыления, поэтому знание того, как производить королев, может улучшить коммерческое разведение и управление».
Помимо разных социальных ролей, королевы и рабочие шмели также сильно различаются физически. Королевы шмелей крупнее, живут дольше и размножаются. Рабочие шмели меньше по размеру, не размножаются и живут не так долго.
Хотя было ясно, что гормоны участвуют в том, как рабочие определяют королеву, точные механизмы этого процесса оставались более расплывчатыми.
«Одно яйцо самки шмеля содержит план двух совершенно разных жизненных путей: гигантской, размножающейся королевы или маленькой, бесплодной рабочей особи», — добавил соавтор исследования и постдокторант Сейед Али Модаррес Хасани. «Мы хотели понять, что вызывает изменение жизненной траектории самки, когда это происходит и кто контролирует этот процесс».
Дело в гормонах
В ходе исследования команда использовала трех рабочих шмелей и группу личинок. Они вводили ювенильный гормон в разных дозах и в разное время, либо рабочим особям, либо непосредственно личинкам. Затем они отслеживали движение гормона, измеряли массу личинок и фиксировали, какие особи становились королевами или рабочими.
«Каждая колония в конце сезона производит много новых королев, — сказала Амсалем. — Эти королевы покинут колонию, спарятся, впадут в зимнюю диапаузу, и затем каждая королева следующей весной начнет новую колонию. В этом смысле производство как можно большего числа королев — и самцов — в конце сезона является конечной целью колонии».
Когда ювенильный гормон вводили непосредственно личинкам, они не только не превращались в королев, но и рабочие шмели в итоге уничтожали большинство этих личинок.
Когда рабочих особей обрабатывали ювенильным гормоном, они добавляли его в пищу, которую готовят для личинок. Затем эти личинки поглощали гормон, становились тяжелее и с гораздо большей вероятностью превращались в королев.
«Мы также определили, что личинки чувствительны к этому гормону только на седьмой и восьмой дни своего развития, — сказал Хасани. — Отслеживая ювенильный гормон, мы увидели, что рабочие передают гормон в пищу, которую они делают из нектара и пыльцы».
Развитие королевы и будущее колонии
Эти результаты позволяют предположить, что производство королев связано с тем, как колония развивается в течение теплых летних месяцев, пока в конечном итоге не разрушится осенью.
«Рабочие шмели не размножаются, когда колония молода, но они могут активировать свои яичники и производить самцов по мере старения колонии, что вызывает повышение уровня ювенильного гормона, — сказала Амсалем. — В результате со временем они скармливают личинкам больше гормона. Когда достаточное количество рабочих делает это одновременно, обычно к концу сезона, личинки получают дозы, достаточно высокие в критический период, чтобы развиться в королев».
Эти результаты могут помочь улучшить управление пчелиными колониями на гормональном уровне, объяснить, как эволюционируют сложные общества насекомых и как гормональные сигналы взаимодействуют, формируя структуру колонии.