Соціогеноміка медоносної бджоли

Рік написання: 2017

Що таке соціогеноміка?

Соціогеноміка – наука, розділ біології, який вивчає соціальне життя на молекулярному рівні. Мета цієї науки - всебічне розуміння соціального життя в молекулярних термінах, як його еволюцію, так і його функціонування (Robinson, 2005). 

Соціогеноміка охоплює собою два взаємопов’язаних напрямки досліджень. 

Один підхід передбачає виявлення генів, що пов’язані з відповідними соціальними рисами. Які гени і генні сполуки регулюють аспекти розвитку, фізіології і поведінки, що впливають на соціальність? Після ідентифікації цих генів, наступною метою є дізнатися, як вони працюють – вивченням їх впливу на головний мозок і інші нервові і ендокринні системи організму.

Інший підхід залучає ідентифіковані впливи соціального середовища на активність генів і роботу головного мозку, як основу для соціально регульованого впливу на розвиток, фізіологію і поведінку. На практиці ці два підходи переплітаються і взаємно доповнюють один одного.

Наука соціогеноміка постала, як наслідок революції в біології, спричиненої видатним досягненням – Проектом Геному Людини. Соціогеноміка вивчає особливості людської поведінки, які контролюються на генетичному рівні. Вперше у вигляді списку послідовність генів в геномі людини була опублікована в 2000-му році. Досягнення цього важливого рубежу стимулювало створення асортименту нових технологій, які дали можливість науковцям вивчати ті ж гени значно ефективніше і системно. 

Як ми можемо уявити в близькому майбутньому, ми будемо мати послідовність генів в геномах тисяч різних видів. Маючи ці послідовності, вчені казково збільшать свою обізнаність і розуміння базових біологічних процесів, які управляють життям на нашій планеті – процесів, які є загальними для всіх організмів, а також ті, що забезпечують унікальну адаптацію до різних умов навколишнього середовища.

Складні соціальні акти поведінки власне кодуються в окремих генах за допомогою чотирьох нуклеотидів ДНК: аденіну, гуаніну, цитозину, тиміну. Це дозволить впорядкувати і формалізувати вивчення соціальності окремих видів. Інструментарій біології, як уявляється, стане таким же точним, як мова хімії чи фізики.

Соціогеноміка і медоносні бджоли

Соціогеноміка досліджує геноми різних біологічних видів, зокрема гризунів, співочих птахів, риб, жаб, комах і особливо - соціальних комах, а крім того – і людини. Медоносна бджола є одною з головних моделей в соціогеноміці по трьом причинам:

1. Бджоли живуть у формі складних і найбільш інтригуючих спільнот на Землі. Всі аспекти їх життя: їх розвиток, фізіологія і поведінка здійснюються на соціальному рівні в межах гнізда вулика. Це означає, що бджоли надають достатньо можливостей для дослідження зв'язків між генами і соціальністю.

2. Дуже багато відомо про природу медоносної бджоли завдяки тисячам років тісного співжиття людини і бджоли. Звичайно, це є наслідком того, як багато важить для людини продукція бджіл – мед, пилок, розплід, віск і прополіс. З такими знаннями є можливим проводити експерименти з бджолами в їх природному середовищі.

3. Щодо медоносних бджіл є можливим маніпулювати соціальним середовищем з точністю і зусиллями, які неможливі щодо інших соціальних видів. Плануючи техніку досліджень, вчений може створити бджолосім’ю на будь-яку потребу: велику чи малу, зі старих бджіл чи молодих, генетично різних чи однорідних, добре нагодованих чи голодних, підданих дії паразитів чи патогенів, лікувати їх нейроактивними субстанціями різної інтенсивності і так далі. Ці маніпуляції можна здійснювати на пасіці, в природних умовах, і вони можуть бути повторені, що дозволяє досягти високого рівня наукової достовірності. Ці дії можуть бути поєднані з генетичними маніпуляціями, які дають переваги контрольованого розведення чи природні варіації різних популяцій медоносної бджоли.

Бджоли вже відкрили нам дві важливі істини в соціогеноміці щодо зв’язку між генами і соціальним життям. По-перше, є гени, що впливають на соціальну поведінку, і вони часто мають своє еволюційне «коріння» ще серед найпростіших, поодиноких бджіл і форм їх поведінки (Smith, 2008). По-друге, середовище тварин, особливо їх соціальне середовище, має проникаючий вплив на активність їх генів (Robinson, 2005). Завдяки бджолам отримані перші експериментальні результати, що привели до цих двох висновків. Експерименти з бджолами дали також нове розуміння життя у гнізді бджіл, отримане соціогеномічним аналізом. Відкриття в соціогеноміці стали можливими завдяки відкриттю послідовності генів в хромосомах в рамках проекту «Геном медоносної бджоли». Цій темі буде присвячена окрема стаття.

Особливості соціальності у медоносних бджіл

Гени, що впливають на соціальну поведінку бджіл, мають своє еволюційне коріння ще в поведінці поодиноких бджіл. Один з кращих прикладів вивчення соціальності у бджіл - це поділ робіт у гнізді між робочими бджолами, залежно від віку, відомий у науці, як «віковий поліетизм». Перші 2 – 3 тижні свого дорослого життя бджоли працюють у вулику, доглядаючи і годуючи розплід. Це бджоли-годувальниці. Після 3-х тижнів життя, бджоли переходять до роботи поза гніздом, до збору нектару і пилку. Цю роботу вони виконують решту часу - 4 – 7-й тиждень свого життя. Це бджоли-збирачки або бджоли-фуражири.

Віковий поліетизм передбачає зміни в ендокринній сигналізації, метаболізмі, статусі живлення, циркадних ритмах, хімії і структурі головного мозку. Віковий поліетизм також пов’язаний з різницею в прояві активності тисяч генів головного мозку, деякі з яких пов’язані з відомими нервовими, фізіологічними і метаболічними змінами. Незважаючи на загальну залежність між віком і типом поведінки, поліетизм медоносних бджіл насправді є дуже пластичним, тому бджоли змінюють свою поведінку в залежності від потреб сім’ї. Вони можуть прискорювати, сповільнювати чи навіть міняти на протилежний напрям вікових змін і поділу робіт в залежності від потреб сім’ї.

 Оскільки вік, в якому бджола починає збирати мед, залежить від потреб сім’ї, початок зрілості у медоносних бджіл не є стабільним. Початок переходу на медозбір регулюється соціально: феромони, віковий склад сім’ї і інші соціальні сигнали затримують чи прискорюють перехід бджоли до збирання нектару. Ці соціальні впливи, як відомо, діють як фізіологічні фактори, включаючи ювенільний гормон і віталлогенін, і молекулярні шляхи передачі відповідних генів, пов’язаних з фуражируванням, мальфоліо і інсуліном (Smith, 2008). 

Найбільш досліджені гени, стосовно поділу робіт, – це гени, що контролюють фуражирування. Вперше вони були відкриті при вивченні геному плодової мушки – дрозофіли. В медоносних бджіл ці ж гени регулюють вік переходу від робіт у вулику до медозбору.

Вплив навколишнього середовища на  активність генів

Спочатку геном вважався досить пасивним генним кодом, по якому розвивається організм. Проте, останні 10 років досліджень показали, що геном є високочутливим до зовнішніх впливів, зокрема стимулів, які стосуються соціального життя. Ці стимули ведуть до змін в поведінці і розвитку, через вплив на геном.

Одним  з прикладів цього є феромон, який регулює віковий поліетизм у бджіл. Маточна речовина – феромон, що виділяє мандібулярна залоза матки, має множинний вплив на дорослих бджіл, в тому числі регулює затримку чи переведення їх на фуражирування. Маточна речовина справляє також масивний вплив на гени, що регулюють функціонування головного мазку бджоли (Grozinger, 2003).

Інший приклад зовнішнього впливу на геном – визначення каст в медоносних бджіл (Maleszka, 2008). Як відомо, раціон годівлі личинки справляє сильний вплив на визначення каст. Личинки можуть розвиватися в маток чи бджіл, в залежності від раціону годівлі, яку вони отримують від бджіл-годувальниць. Хоча ми мало знаємо про фактори, які впливають на те, яких личинок бджоли вибирають на виховання в якості маток.

Коментарі (0):