Grupa naukowców odkryła, że pewne pszczoły miodne pochodzące z RPA potrafią tworzyć identyczne kopie samych siebie. Co więcej, jeden osobnik może sklonować się miliony razy, a umiejętność ta pozwala mu opanować ule swoich rywali.
Za zniszczenia uli afrykańskiej pszczoły miodnej (Apis mellifera scutella) odpowiada niewidzialny, wewnętrzny wróg. Chodzi o rosnącą, wydaje się niezniszczalną armię klonów konkurencyjnego podgatunku. Wszystko przez to, że robotnice konkurencyjnego podgatunku - południowoafrykańskiej pszczoły miodnej (Apis mellifera capensis), inaczej zwanej Cape - potrafią tworzyć doskonałe kopie samych siebie. Jeden osobnik sklonował się miliony razy w ciągu ostatnich trzech dekad – wynika z badań naukowców opublikowanych w czasopiśmie „Proceedings of the Royal Society B” (DOI: 10.1098/rspb.2021.0729).
Dzięki umiejętności tworzenia własnych klonów, południowoafrykańskie pszczoły zakradają się do uli swoich nizinnych rywali i produkują wewnątrz swoje kopie opanowując ul. Co gorsza, klony te często są darmozjadami i odmawiają wykonywania jakiejkolwiek pracy.
Rozmnażanie bezpłciowe – partenogeneza – nie jest rzadkością w świecie owadów, ale posiadanie potomstwa genetycznie identycznego z rodzicem już tak. Dzieje się tak, ponieważ podczas reprodukcji materiał genetyczny miesza się w procesie zwanym rekombinacją. W rezultacie, nawet jeśli jest tylko jeden rodzic, jego potomstwo ma nieco inny skład genetyczny. Jednak pszczoły Cape z RPA rozwinęły niezwykłą zdolność klonowania siebie, jednocześnie skutecznie unikając rekombinacji podczas reprodukcji. To pozwala im konsekwentnie odtwarzać doskonałą kopię samych siebie, czyli po prostu tworzyć klony.
Według badaczy, ominięcie procesu przetasowania puli genowej jest czymś niespotykanym. - To niesamowite, ale również niewiarygodnie dysfunkcyjne – mówi główny autor odkrycia prof. Benjamin Oldroyd z Uniwersytetu w Sydney. - A jednak, w jakiś sposób pszczołom udaje się składać jaja bez (przetasowania puli genowej – red.). To jest szalone, nie słyszałem o czymś takim wcześniej – dodaje.
Jak już wspomniano, robotnice pszczoły miodnej i inne owady społeczne mają zdolność do rozmnażania się w formie bezpłciowej. Samice „produkują” żeńskie potomstwo z niezapłodnionych jaj. Ten rzadki rodzaj partenogenezy, zwany telitokią, zaobserwowano jedyni u około 1500 gatunków. Za każdym razem procesowi temu towarzyszy jednak przetasowanie puli genowej. Gwarantuje to, że nawet przy jednym rodzicu przyszłe potomstwo będzie genetycznie różnorodne.
Nic nie zastąpi jednak rozmnażania płciowego. Każde nowe pokolenie robotnic rozmnażających się w powyższy sposób traci około jednej trzeciej różnorodności genowej, co po kilku pokoleniach może prowadzić do śmierci. Dlatego większość owadów społecznych polega na królowej, która rozmnaża się płciowo, niejako w ich imieniu. W zamian zróżnicowane genetycznie robotnice dbają o zdrowie kolonii i chronią potomstwo.
- Podobnie jak w społeczeństwie ludzkim, mamy napięcie między tym, co jest dobre dla jednostki, a tym, co jest dobre dla społeczeństwa i wymyślamy normy społeczne, które pozwalają nam funkcjonować - mówi Oldroyd. - W społeczeństwach pszczół miodnych jedną z rzeczy, która ewoluowała, aby stłumić samolubne zachowania, jest to, że robotnice generalnie nie mogą składać jaj – dodaje.
Według eksperta podobne zasady dotyczą też pszczoły Cape, która ogólnie rzecz biorąc reprodukuje się tak jak inne owady społeczne. Robotnice tego podgatunku posiadają jednak mutację, która umożliwia im składanie jaj z całym materiałem genetycznym, bez żadnych przetasowań. Dzięki tej zdolności mogą zapobiec pokoleniowej utracie różnorodności genetycznej.
Innymi słowy mutacja pozwala owadom klonować się, kiedy tylko zechcą, przez dziesięciolecia, nawet jeśli w dłuższej perspektywie prowadzi do powstania populacji, która w sumie nie ma żadnej różnorodności genetycznej.
Ta „supermoc” klonowania zaburza równowagę pomiędzy indywidualizmem a społecznością, co w konsekwencji może doprowadzić do wyginięcia gatunku – przekonują badacze.
Aby zrozumieć, w jaki sposób klony mogą tworzyć miliony kopii samych siebie, a mimo to zachować funkcjonalność, Oldroyd i jego zespół porównali genomy robotnic pszczoły Cape z genomami królowej i jej potomstwa.
W sumie zespół przebadał DNA kilkudziesięciu larw wyklutych z jaj złożonych przez królową i robotnice pszczoły południowoafrykańskiej. Larwy wykluwały się w procesie rozmnażania bezpłciowego. Naukowcy stwierdzili, że u potomstwa królowej poziom rekombinacji był 100 razy wyższy, niż u genetycznie identycznego sklonowanego potomstwa robotnic.
Sugeruje to, że robotnice wyewoluowały mutację, która zapobiega rekombinacji DNA, a to z kolei umożliwia nieustanne tworzenie kopii samych siebie.
Zdolność robotnic do dowolnego klonowania stawia ich kolonie w niepewnej sytuacji, zwłaszcza gdy królowa odejdzie lub umrze. Zamiast poświęcać energię na postawienie kolonii na nogi, robotnice mają własne, egoistyczne plany, takie jak znalezienie sposobu na umieszczenie swoich klonów na stanowiskach władzy.
- Jeśli na przykład zabierzemy królową z roju, to zamiast wychowywać nową królową, jak to robią inne gatunki pszczół, robotnice Cape same zaczną składać jaja – mówi Oldroyd. Badacz uważa też, że robotnice tego gatunku mogą „podrzucać” jaja do komórek zawierających larwy przyszłych królowych.
Jedna linia robotnic pszczół Cape posunęła społeczne pasożytnictwo jeszcze dalej. Owady nie potrzebują już królowej, a egzystują wyłącznie poprzez przejmowanie uli afrykańskiej pszczoły miodnej.
Klony zakradają się do uli konkurencyjnych pszczół i składają w nich tyle jaj, ile zdołają. Właścicielki ula mylą jaja z własnymi i je pielęgnują. Larwy wysyłają potem sygnały, aby karmić je jak najwięcej, przez co powiększają ciała i rozrastają się niemal do rozmiarów królowej.
- Klony pszczół Cape nie wykonują żadnej pracy wewnątrz ula, ponieważ stały się zdolne do reprodukcji - twierdzi Oldroyd. - Po prostu przechadzają się po ulu i żerują na pracy innych. To bardzo szybko prowadzi do upadku ula. Jako jednostki, te klony są dość dysfunkcyjne, można by się więc spodziewać, że się wyniszczą. Ale pod tym względem przypominają one komórki nowotworowe – dodaje naukowiec.
Według Oldroyda robotnice pszczoły Cape, które biorą udział w tym pasożytowaniu są genetycznie identycznymi potomkami jednej robotnicy, która żyła w 1990 roku. Ta pojedyncza linia klonów jest odpowiedzialna za upadek 10 procent afrykańskich kolonii pszczoły miodnej każdego roku.
Naukowcy chcą prowadzić dalsze badania nad upadaniem uli i klonowaniem robotnic w Afryce. Mają nadzieję znaleźć mechanizmy, które pozwalają włączać i wyłączać możliwość klonowania owadów.
Źródło: Science Alert, fot. CC0 Public Domain
