Социальные пчелы известны своим кооперативным производством, но как развивалось их инновационное разделение труда? Отправной точкой для изучения этого вопроса может быть изучение их одиночных кузенов, говорят биологи из Университета штата Юта.
Карен Капхейм и Макенна Джонсон проверили вариант гипотезы репродуктивного плана земли, давно изученной теории в исследованиях эволюции социальных пчел, на одиночных пчелах, гнездящихся на земле в южно-центральном штате Вашингтон. Они опубликовали результаты в выпуске Proceedings of the Royal Society B от 18 января 2017 года.
Эта вариация гипотезы репродуктивного плана земли предполагает разделение труда - то, как социальные пчелы сотрудничают для выполнения всех задач, необходимых для поддержания колонии, - развилась из сетей генов предков, которые функционируют, чтобы согласовывать диетические предпочтения самки с питательные вещества, которые ей нужны на разных этапах ее репродуктивного цикла», - говорит Капхейм, доцент кафедры биологии УрГУ и Экологического центра УрГУ. «Основным ограничением в оценке этой гипотезы является то, что мы почти ничего не знаем о пищевых потребностях и предпочтениях одиночных пчел, которые больше всего похожи на ближайших предков социальных пчел. Тем не менее, у одиночных пчел нет разделения труда».
Она и Джонсон, ученый-исследователь и недавний выпускник УрГУ, изучали щелочных пчел (Nomia melanderi) в долине Туше в Вашингтоне, где выращивают люцерну. Как важные опылители люцерны, щелочные пчелы тщательно охраняются в естественных и искусственно приготовленных щелочных «пчелиных грядках», которые содержатся на частных фермах.
«Некоторые из этих грядок использовались фермерами на протяжении пяти-шести поколений», - говорит Капхейм. «Пчелы долины Туше - одна из последних оставшихся популяций опылителей, которые погибли от пестицидов во многих других районах».
Пчелы так ценятся, что штат Вашингтон вывешивает рядом с пчелиными грядками знаки ограничения скорости в 20 миль в час, чтобы защитить драгоценных опылителей.
«Вы чувствуете себя плохо, когда едете по этим местам и слышите звук, который может быть «ударом пчелы», - говорит Джонсон, получатель мини-гранта Университета естественных наук УрГУ в 2016 году.
Исследователи поймали пчел, используя ловушки над гнездовыми отверстиями в грядках для лабораторных исследований. В лаборатории они использовали отдельных пчел и предлагали различные препараты сахарозы, чтобы проверить реакцию выдвижения хоботка каждого насекомого. Они отметили, что размер железы Дюфура у самки пчелы, расположенной в брюшной полости и играющей ряд ролей в воспроизводстве пчел, был важным предиктором реакции на сахарозу.
Их результаты показывают, как и предсказывает гипотеза, что самки одиночных пчел корректируют свои пищевые предпочтения, когда становятся репродуктивно активными.
«Железа Дюфура как предиктор реакции на сахарозу у щелочных пчел была чем-то вроде неожиданности, поскольку эта железа, также обнаруженная у репродуктивных самок социальных пчел, но отсутствующая у социальных трутней, не является репродуктивным органом, обычно изучаемым у пчел. социальные пчелы», - говорит Джонсон. «Скорее, яичники обычно находятся в центре внимания репродуктивных исследований медоносных пчел, модели исследования социальных пчел».
Она и Капхейм считают, что может существовать связь между развитием железы Дюфура, реакцией на сахарозу и развитием разделения труда у других видов социальных пчел.
Капхейм говорит, что результаты исследования показывают, что независимое происхождение социального поведения развивается через конвергентные процессы, но через пути, специфичные для родословной.
"Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять механизмы, с помощью которых разделение труда, развитие железы Дюфура и реакция на сахарозу у социальных пчел связаны с щелочными пчелами", - говорит она.
Работа исследователей финансировалась Сельскохозяйственной экспериментальной станцией штата Юта, Инициативой по исследованию опылителей люцерны USDA-ARS и УрГУ.