Geny a życie społeczne, czyli o różnych pszczołach

Wbrew naszym wyobrażeniom nie wszystkie pszczoły żyją społecznie i nie wszystkie robią miód – ale wszystkie są bardzo pożyteczne. Uczeni z York University w kanadyjskim Toronto znaleźli powiązania między społecznym trybem życia pewnych pszczół, a zmianami dokonującymi się na poziomie genów. Meandry ewolucji miałyby w tym wypadku wieść od środowiska coraz bardziej społecznego ku zmianom molekularnym. Czyli na odwrót niż byśmy sobie wyobrażali.

Uczeni od lat podejmują trud poznania obyczajów i zachowań wszelkich pszczół – także innych, niż pszczoła miodna. Ostatecznie są one bowiem wszystkie kluczowe dla dobrostanu i gospodarki człowieka. Bez zapylania roślin kwiatowych nie ma bowiem owoców i nasion.

Prosto rzekłszy – nie mamy co jeść – czy ująwszy to precyzyjnie, znika nam 1/3 produkcji rolnej i 3/4 różnorodności naszej ludzkiej diety. Dziś zatem na łamach czasopisma „Communications Biology” Sandra M. Rehan i jej współpracownicy z wydziału biologii Uniwersytetu York prezentują wyniki swoich badań z zakresu socjogenomiki. Jest taka nauka – zajmuje się analizami całych genomów organizmów pod kątem genów warunkujących u nich społeczny tryb życia.

Badania te są z natury swej często analizami analogii. Bo społeczny tryb życia pojawiał się w ewolucji życia wielokrotnie niezależnie. I warto tu zwrócić uwagę, że nawet pojawienie się wielokomórkowości jako takiej (tzn. zjawiska, dzięki któremu nie wszyscy jesteśmy dziś pojedynczymi komórkami, a organizmami zbudowanymi z zespołów silnie wyspecjalizowanych komórek) wynikło z tendencji niektórych pojedynczych komórek do życia w koloniach.

Czyli społecznościach, w których mogło ostatecznie dochodzić do różnicowania się poszczególnych komórek, ich zmian tak, by mogły jak najlepiej wypełniać pewne szczególne zadania w organizmie, a nie musiały niemal w ogóle spełniać innych.

Co więcej – badania takie muszą analizować wszelkie stadia pośrednie pomiędzy „całkowicie samotniczym” a „w pełni społecznym” trybem życia. Najciekawiej jest wtedy, gdy takie pełne spektrum zachowań występuje w jednej grupie spokrewnionych ze sobą gatunków. Wtedy bardzo warto „podrążyć” ewolucję molekularną i porównywać zmiany w genach ze zmianami w zachowaniach społecznych.

Analiza porównawcza

Jak wyjaśniają kanadyjscy uczeni w swej pracy, podjęli się oni trudu kompleksowej analizy porównawczej 16 genomów pszczół: obejmując dwa opublikowane i cztery nowe genomy zadrzechniowatych (Apidae: Xylocopinae). Te kuzynki pszczół właściwych występują na całym świecie, a w Polsce można ich naliczyć cztery gatunki.

Zobacz także: Ma chore nóżki i nikt go nie chciał. Jack długo szukał miłości i domu 

Na ogół (poza jednym rodzajem) gniazdują w martwym materiale roślinnym. Często z jednego gniazda korzysta więcej niż jedna pszczoła. To może być gniazdowanie gromadne (communal) – samice tylko dzielą gniazdo, ale każda opiekuje się sama własnym potomstwem albo niemal życie społeczne (quasisocial), gdzie kilka samic w jednym gnieździe współpracuje w opiece nad potomstwem, ale wszystkie składają jaja (nie ma podziału na robotnice i królowe). Rzadko jednak zdarza się by w gnieździe występował podział obowiązków między osobnikami np. starszymi i młodszymi. Dlatego mówi się tu o semisocjalności, gdy samice dzielące się pracą w kolonii są siostrami z jednego pokolenia lub eusocjalności.

Tylko ta ostatnia forma, eusocjalność, przypomina to, co znamy u pszczoły miodnej. To sytuacja prawdziwej społeczności, czyli tworzenie trwałych, co najmniej dwupokoleniowych kolonii (najczęściej blisko spokrewnionych organizmów), w których rolę reproduktorek przejmuje tylko część samic, a pozostałe osobniki współdziałają w opiece nad ich potomstwem.

Genetyczne pokrewieństwo

W przypadku błonkówek robotnice mają szansę być miedzy sobą bliżej spokrewnione (jeśli są pełnymi siostrami, mają wspólną matkę i ojca), niż byłyby spokrewnione ze swoimi córkami (wynika to ze specyficznego sposobu determinacji płci w tej grupie: samice rozwijają się z jaj zapłodnionych, a samce – z niezapłodnionych, co oznacza, że samce nie mają ojców). Tak bliskie genetyczne pokrewieństwo w kolonii uznawane było dotąd za jeden z warunków ułatwiających rozwój życia społecznego u owadów. Robotnice bowiem, same nie rozmnażając się, dbają jednak o rozprzestrzenianie się swoich genów pośrednio – opiekując się rozwojem swoich najbliższych krewnych, czyli sióstr.

Zobacz także: Oto najbogatszy pies na świecie. Odziedziczył po panu 5 mln dolarów [WIDEO] 

Jak dalej wyjaśniają kanadyjscy uczeni, „dobrze wiadomo, że genom może wpływać na zachowania społeczne. Jednak najnowsze modele zakładają, że style życia społecznego mogą z kolei wpływać na ewolucję genomu.” Udało im się odkryć, że w gatunkach prawdziwie socjalnych zadrzechniowatych liczne rodziny genów przeszły ekspansję i niosą więcej śladów doboru pozytywnego niż w tych żyjących samotniczo czy pół-społeczne.

Tak się dzieje niezależnie od realnego pokrewieństwa. Czyli gdy wyobrazimy sobie trzy gatunki pszczół: A, B i C, gdzie A i B są bliżej spokrewnione, a Bi C są społeczne, to np. ową ekspansje genów „społecznych” widać właśnie w gatunkach B i C, mimo, że są ze sobą mniej spokrewnione, że ewoluowały ku temu niezależnie. A to znaczy, że „ewolucja społeczna może działać jako główny i zaskakująco konsekwentny czynnik napędzający makroewolucyjną zmianę genomu”. A wszystko to związane z coraz głębiej zaznaczoną opieką tych pszczół nad potomstwem.

Poprosiłam o komentarz dr Justynę Kierat z Wydziału Biologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Melittolog (entomolog specjalizujący się w pszczołach) wyjaśniła mi podczas niedawnej rozmowy wiele rzeczy, z których większość z nas raczej nie zdaje sobie sprawy.


Jak wyjaśniła Pani dr Kierat, w toku ewolucji może się zdarzyć, że pod wpływem jakiegoś czynnika różne gatunki niezależnie wykształcą podobne cechy, ale podłoże genetyczne ich powstania będzie inne. W badaniach kanadyjskiego zespołu pod kierunkiem dr. Shella pokazano, że u gatunków pszczół, które niezależnie przeszły od samotnego (pierwotnego) do społecznego trybu życia, również selekcja na poziomie genomu przebiegała w pewnych aspektach podobnie.

Pszczoła miodna

Jej zdaniem pszczoły świetnie nadawały się jako model do tych badań, bo społeczny tryb życia rozwinął się w tej grupie kilkukrotnie niezależnie. Jeden z gatunków właściwie społecznych – pszczołę miodną – hodujemy obecnie na masową skalę i w świadomości wielu z nas miodna jest najważniejszą czy nawet jedyną pszczołą. Tymczasem większość gatunków (a w samej Polsce stwierdzono występowanie ponad 470) żyje samotnie.

Jak przekonuje dalej dr Kierat, badania naukowe wskazują, że dzikie gatunki bywają bardziej efektywnymi zapylaczami niż pszczoła miodna. Nie jest ona w stanie w pełni zastąpić zapylenia przez wielogatunkowe zbiorowisko dzikich pszczół. Dlatego jeśli chcemy pomóc pszczołom, nie stawiajmy pasieki, ale zadbajmy o kwiaty (również dzikie) czy zrezygnujmy z pestycydów w ogrodzie. To pomoże zarówno pszczole miodnej, jak i samotnicom.

Zobacz także: Zagadka niebieskich psów. Zabiegły drogę kierowcy w Rosji 

Mam wrażenie, że naszą reakcją na pomór owadzi, który obserwujemy od dekady, jest stawianie uli. Równie zatem dobrze odpowiedzią na zniszczenie rafy koralowej mogłoby być masowe wpuszczenie na atole rybki błazenka. Każdy chyba czuje, że to nieskuteczny nonsens.

Już za niespełna pięć tygodni, w Wielka Sobotę wieczorem, w naszych świątyniach rozlegnie się starożytny śpiew zwany Exsultet. Ukochanym dla mnie jego fragmentem, odkąd byłam dzieckiem, był ten: „W tę noc pełną łaski przyjmij, Ojcze Święty, wieczorną ofiarę uwielbienia, którą Ci składa Kościół święty, uroczyście ofiarując przez ręce swoich sług tę świecę, owoc pracy pszczelego roju.

Znamy już wymowę tej woskowej kolumny, którą na chwałę Boga zapalił jasny płomień. Chociaż dzieli się on użyczając światła, nie doznaje jednak uszczerbku, żywi się bowiem strugami wosku, który dla utworzenia tej cennej pochodni wydała pracowita pszczoła.”

Zobacz także: Weterynarze nauczyli psy wykrywać COVID-19 u ludzi 

„Pracowita pszczoła”

Owa „pracowita pszczoła” wzruszała mnie w tym miejscu zawsze do łez i nie pojmowałam nigdy, że ktokolwiek mógłby podczas tej wyjątkowej liturgii ów Exsultet skracać i pracowitą pszczołę wyrzucać z pieśni, podczas której „się łączy niebo z ziemią, sprawy boskie ze sprawami ludzkimi”. Upraszam uprzejmie o nierobienie tego.

Aczkolwiek uprasza się również wszystkich o to, by nie zawężali swego myślenia o pszczołach wyłącznie do pszczoły miodnej. Za te kilka tygodni dookoła nas wszystko już będzie kwitło, a pszczoły podejmą swój trud.

My skupimy wtedy swoją uwagę na pszczole miodnej – tym udomowionym przez człowieka jeszcze w głębokiej starożytności owadzie leśnym, który żyje w rojach zarządzanych i tworzonych przez królową (rój jest jej potomstwem) , buduje woskowe niezwykłej regularności plastry i wypełnia je pysznym miodem. O jej niezwykłych obyczajach oraz umiejętnościach czytamy już w książeczkach dla dzieci i uczymy się o nich w szkole.

Zobacz także: Pod psem załamał się lód. Film z akcji ratowniczej 

Pszczoła bowiem fascynuje. I choć owadów społecznych nie brak (termity, mrówki, trzmiele – będące innym gatunkiem pszczoły społecznej niż pszczoła miodna, szerszenie – czyli społeczne osy etc.), a owadów zapylaczy jest całe mnóstwo, będziemy widzieć tylko tę „Maję” z dzieciństwa. Co ma „plusy dodatnie i plusy ujemne”. Tak dla naszego poznania, jak i funkcjonowania w świecie, w którym ziemia nie urodzi, gdy wyginą zapylacze.

#naukowcy #badania #pszczoły