Личинки пчел превращаются в пчелиных маток только тогда, когда их кормят большим количеством пищи, известной как маточное молочко. Но маточное молочко не только определяет, станет ли личинка маткой: оно также удерживает ее надежно прикрепленной к крыше структуры, называемой маточником, в которой она развивается. Исследование, опубликованное в журнале Current Biology 15 марта, объясняет роль pH маточного молочка в том, чтобы сделать вещество достаточно вязким, чтобы будущая королева не упала.
"Королевское желе вязкое, липкое и похожее на желе, поэтому оно и называется "желе".«Это похоже на смесь мармелада и меда», - говорит старший автор Аня Буттстедт, молекулярный эколог, проводившая исследование в Галле-Виттенбергском университете имени Мартина Лютера. маточника и удерживать личинку в подвешенном состоянии по мере ее роста.
Личинки, которым суждено стать королевами, не должны висеть, чтобы правильно развиваться. Но они слишком велики, чтобы поместиться в ячейки сот улья, и часто единственное место в улье, где достаточно места для маточников, свисает с его дна. В то время как другие личинки питаются небольшим количеством пищевого желе напрямую, рабочие пчелы в больших количествах запихивают его в маточную клетку, создавая липкую массу, которая и кормит личинку, и удерживает ее на месте.
Это ограничение пространства делает вязкость маточного молочка чрезвычайно важной, поэтому Батштедт и ее команда были удивлены, когда их эксперименты с белками, составляющими вещество, полностью изменили его консистенцию.«Он был совершенно жидким, почти водянистым», - говорит она. Чтобы понять, что произошло, исследователи рассмотрели маточное молочко, которое обычно имеет рН 4, при нескольких разных уровнях рН. Они обнаружили, что между pH 4 и pH 5 вязкость маточного молочка резко изменилась, и что при нейтральном pH оно имело странную жидкую консистенцию.
А потом мы поняли, что белок, который мы очищали при pH 4, был каким-то образом намного больше по размеру, чем мы ожидали, исходя из его аминокислотной последовательности. Большинство протоколов очистки используют pH 7, поэтому другие люди никогда не ожидали или увидела огромный размер белка», - говорит она. Она обнаружила, что основной белок маточного молочка, MRJP1, полимеризуется с другим белком в более кислой среде с образованием сети волокон. Эти волокна увеличивали размер белка и играли решающую роль в изменении вязкости желе. «Это было, в конце концов, недостающей связью между pH, изменением вязкости и белком», - говорит она.
До сих пор неясно, как эти волокна изменяют вязкость маточного молочка. Но у нее есть хорошая гипотеза, почему это изменение необходимо: маточное молочко вырабатывается в железах рабочих пчел и должно быть достаточно жидким, чтобы проходить через их железистые протоки. Производство желе на самом деле происходит в двух отдельных железах, одна из которых производит белки с нейтральным pH, а другая вырабатывает жирные кислоты, которые могут снизить указанный pH, когда эти две секреции наконец встречаются.
Другие виды имеют сходные механизмы pH, которые регулируют образование важнейших белков. У человека белок, который служит каркасом для синтеза меланина, образует волокна только при рН 6 в определенных органеллах. Другой пример - шелк паука. «Вы не хотите, чтобы он был слишком липким в железе, где он производится, но когда шелк выходит, происходят изменения pH, которые способствуют превращению его в настоящий, прочный шелк», - объясняет она. Таким образом, изменение вязкости маточного молочка в зависимости от pH имеет большой смысл - просто никто никогда не смотрел на это раньше.
«Чем дольше я об этом думаю, тем меньше меня это удивляет», - говорит Батштедт. Тем не менее, она планирует продолжить изучение маточного молочка и того, как оно превращает обычных личинок в маток. «В маточном молочке есть много других белков, и я хотел бы выяснить, что все они делают. Поскольку эти белки существуют таким образом только у медоносных пчел, они, скорее всего, используют их для чего-то особенного».