Stigning af mandlige individer i stingless bier kolonier fører til dronninger død

Dronninger af stingless bi -arter (Meliponini) står over for et reproduktivt dilemma. Hvis de parrer sig med mænd, som de viser sig at dele det samme kønsbestemmelsesgen, halvdelen af ​​deres afkom vil bestå af mænd, og koloniens arbejdsstyrke vil falde med det halve, da faktisk kun hunnerne er arbejdere.

Ud over, mænd med både faderligt og moderligt (diploid) genetisk materiale som følge af dette uheldige valg af dronningen forbruger kun de ressourcer, der er indsamlet af arbejdere og er normalt sterile, bidrager til formindskede reproduktionsmuligheder for kolonien. Et forskningsprojekt støttet af São Paulo Research Foundation (FAPESP), der involverer et team af forskere på universiteter i Brasilien, Belgien, og Det Forenede Kongerige viser, at fremkomsten af ​​diploide hanner fra denne type parring også fører til dronningens død i kolonier af den stingløse bi -art Scaptotrigona depilis.

Ifølge Ayrton Vollet-Neto, første forfatter til undersøgelsen, resultaterne tyder på, at denne adfærd kan være fælles for alle stingless bi -arter, fordi den forekommer i fylogenetisk fjerne slægter.

En mulig forklaring på en dronnings død, der ikke overholder rollen som at opretholde en proportional andel af arbejderbier i kolonien, er, at en erstatningsdatterdronning vil være i stand til at parre sig og sikre koloniens overlevelse. Ellers, det mest sandsynlige resultat ville være koloniens død. "Hvis dronningen hurtigt bliver dræbt, hun kan erstattes af en datter, der har en chance for at parre sig med en han, der ikke har samme kønsallel, "Sagde Vollet-Neto.

Resultaterne af undersøgelsen er blevet offentliggjort i Journal of Chemical Ecology .

Genetisk ulykke skader mandlig kontrol

Vollet-Neto forklarer, at kvindelige stingless bier er i stand til at vælge deres afkoms køn, et træk, som de deler med alle insekter i rækkefølgen Hymenoptera, som omfatter myrer og hvepse samt bier.

Stingless bi -dronninger parrer sig kun én gang i hele deres liv. Dette sker, når de er meget unge. De opbevarer sæd i spermatheca, et organ placeret i maven. Ved befrugtning af æg med spermatozoer fra spermatheca, de genererer diploide hunner, som har to kopier af hvert gen (en fra hver forælder) i deres celler.

Når dronninger vil producere hanner, de lukker en kanal i spermatheca for at forhindre æggene i at blive befrugtet. Haploid hanner (med kun modergener) lukker fra ubefrugtede æg. "Insekter i rækkefølgen Hymenoptera adskiller sig fra andre insekter og fra mennesker med hensyn til kønsbestemmelse, fordi hanner ikke har nogen far og lukker fra ubefrugtede æg, "Sagde Vollet-Neto.

Imidlertid, kønsbestemmelsesmekanismen hos stingless bier kan mislykkes. Ved en uheldig chance, dronningen kan parre sig med en han, hvis genetiske sammensætning fører til produktion af diploide hanner i stedet for hunner, forklarede han.

Årsagen er, at kønsbestemmelse i Hymenoptera typisk styres af et komplementært kønsbestemmelsesgen (CSD) -gen, som måske eller ikke har to alleler (kopier). I øvrigt, hvis der er to alleler, de kan være identiske eller forskellige. Hvis der kun er en allel, resultatet er en han. Hvis der er to forskellige alleler i en diploid han, resultatet er en hun. Hvis der er to identiske alleler, resultatet er en anden diploid han i stedet for en hun.

"Når der er to identiske kopier af CSD -genet, insektets fysiologi fortolker det som kun at have et. Dette resulterer i en diploid han, "Forklarede Vollet-Neto.

"Mandstank" udløser optøjer i kolonien

For at afhjælpe det problem, der opstår, når dronningen vælger en ægtefælle med samme køn -allel, arbejderne ved honningbien Apis mellifera, for eksempel, er i stand til at opdage og dræbe diploide hannlarver tidligt i deres udvikling. Dette undgår spild af ressourcer og tid, der ville blive investeret i at opdrage dem uden afkast til kolonien.

I tilfælde af stingless bier, der er kun få tegn på sådan adfærd. Arbejdstagere har ikke adgang til yngelceller for at eliminere umodne diploide hanner, fordi cellerne er forseglet efter æglægning og indeholder alle de ressourcer, som larver kræver for at udvikle sig.

For at teste hypotesen om, at stingless bier også har måder at afhjælpe konsekvenserne af diploid hanproduktion, forskerne udførte et eksperiment, hvor de fjernede dronninger fra kolonierne S. depilis, hvor diploide hanner var ved at klække og erstattede dem med "raske" dronninger, som ikke frembragte afkom med denne egenskab.

Forsøget viste, at alle de "raske" dronninger, der blev introduceret i kolonierne, hvor diploide hanner var ved at dukke op, døde inden for 10-20 dage, der henviser til, at dronninger indført i 20 kontrolkolonier uden diploid mandlig fremkomst ikke døde.

"Disse 'raske' dronninger var ikke ansvarlige for at producere de diploide hanner, der opstod i kolonierne, så den konklusion, vi trak, var, at deres død blev bestemt af fremkomsten af ​​diploide hanner, "Sagde Vollet-Neto.

Baseret på dette fund, forskerne testede derefter hypotesen om, at de cutikulære kulbrinteprofiler af diploide hanner på en eller anden måde tjente som et kemisk signal for dronningens henrettelse.

Neglebåndet er et ekstracellulært lag, der fuldstændigt dækker den ydre overflade af sociale insekter. Kutikulære kulbrinter fungerer som en kemisk signatur for hvert individ i kolonien.

For at teste deres hypotese, forskerne sammenlignede de kemiske profiler af diploide og haploide mænd på nul, fem og 10 dages alder. Analyse ved hjælp af gaskromatografi kombineret med massespektrometri viste, at diploide hanners cuticulære kulbrinteprofil adskilte sig markant fra haploide hanner, da de blev ældre, og at dette skete cirka 10 dage efter fremkomsten - netop da dronningerne begyndte at dø.

"Dette tyder på, at forskelle i kemisk profil hos mænd kan fungere som signaler til at udløse dronningedød, "Vollet-Neto sagde." Men mere forskning er nødvendig for at bekræfte eller tilbagevise denne hypotese. "