Пчела с двумя отцами и без матери

Медоносная пчела с двумя отцами - и без матери - была обнаружена; первый в своем роде наблюдается в природе

от GrrlScientist для Forbes | @GrrlScientist

Работница пчелы (Apis mellifera). (Фото: Cumnor Hill, Sharp Photography / CC BY-SA 3.0)

Команда ученых обнаружила пчелу-самку, у которой есть два отца - и ни одной матери - первый в своем роде вид, наблюдаемый в природе. Пчелы, муравьи и осы (Hymenoptera) возникают из оплодотворенных яиц, которые имеют один набор хромосом от каждого родителя, в то время как мужчины происходят из неоплодотворенных яиц. У медоносных пчел женщины - королевы и рабочие - имеют в общей сложности 32 хромосомы, тогда как у самцов (дронов) их вдвое меньше.

«По определению во всех гаплодиплоидах (пчелах, муравьях и осах) самец является гаплоидом - создан из неоплодотворенного яйца, что означает, что он имеет только один набор хромосом от своей матери», - сказала молекулярный биолог Сара Аамидор, ведущий автор исследования и аспирант по биологии в Сиднейском университете, по электронной почте.

Система определения пола гаплодиплоида позволяет развить замечательное разнообразие биологических явлений, включая женское клонирование, мужское клонирование и гинандроморфизм. Гинандроморф имеет как мужские, так и женские характеристики и смесь тканей обоих полов (ссылка). Гинандроморфы отличаются от гермафродитов, которые имеют как мужские, так и женские репродуктивные органы.

У пчел гинандроморфы обычно развиваются из комбинации диплоидной зиготы и гаплоидной мужской ткани, происходящей из второй сперматозоида (ref & ref). Это стало возможным благодаря тому факту, что пчелы полиспермичны - ситуация, когда более чем одна сперма попадает в яйцеклетку и сливается с исходным кластером клеток. Эти клетки затем начинают делиться и дают начало тканям, которые становятся частью развивающегося эмбриона.

Но что вызывает гинандроморфную пчелу? Это был один из вопросов, который побудил г-жу Амидор и ее коллег провести это исследование (ссылка) с использованием «ненормальных пчел», собранных другим исследователем во время проведения предыдущего исследования.

Европейские пчелы (Apis mellifera) в Австралии. (Кредит: CSIRO / CC 3.0)

«Эти пчелы были странными, потому что они - гинандроморфы (половые мозаики): у них есть биты, которые выглядят как мужчины, и биты, которые выглядят как женщины», - написал в Твиттере соавтор исследования Изобель Ронаи, аспирант университета Сиднея в то время. в твиттере (ветка). «Например, глаза медоносных пчел намного больше, чем женские, и у этого гинандроморфа мужской глаз на женском теле».

Мужские глаза медоносной пчелы намного больше женских глаз, и этот гинандроморф имеет мужской глаз на женском теле. (Фото: Aamidor & Ronai, 2018, через Twitter.)

Хотя гинандроморфы могут быть результатом редкой генетической мутации, неясно, как и почему они появляются. Это зависит от температуры? Авария развития? Или … ?

Чтобы определить причины гинандроморфов у пчел и лучше понять гибкость размножения пчел, г-жа Амидор и ее коллеги вскрыли 11 только что появившихся предполагаемых пчел-гинандроморфов из одной колонии и изучили морфологию различных тканей в каждой пчеле, чтобы определить их пол.

«Мы с Сарой провели несколько веселых дней, разбирая этих странных пчел», - написал доктор Ронай. «Позже Сара будет анализировать ткани с помощью генетического метода, используя микросателлиты, чтобы определить мать и отца (ов) этих пчел - этот же метод используется для тестов на отцовство».

Г-жа Аамидор и ее сотрудники обнаружили «случайное сочетание» мужских и женских органов у этих странных пчел. Они также обнаружили, что у пяти гинандроморфов были нормальные яичники.

«Кроме того, у трех пчел были большие, похожие на матку яичники, а не маленькие рабочие яичники», - написал доктор Ронаи.

Только один гинадроморф имел нормальные мужские репродуктивные органы, в то время как два других имели частичные репродуктивные органы.

«Мы с Саррой рассекли всех пчел, которые выглядели очень странно, и я сказал ей, что мы должны рассечь последнюю пчелу, нормальную на вид самку из той же колонии, чтобы мы могли сравнить анатомию», - написал доктор Ронаи. «После вскрытия пчела была добавлена ​​к генетическому анализу Сары в качестве контроля».

Генетический анализ показал, что девять из 11 гинандроморфов имели двух или трех отцов. Удивительно, но один гинандроморф - казалось бы, нормальный женский контроль - на самом деле имел двух отцов и ни одной матери - событие, которое могло произойти только в результате слияния сперматозоидов.

«Генетический анализ Сара гинандроморфов также обнаружил, что у одной пчелы было 4 родителя (три отца и мать)!» Доктор Ронай написал в Твиттере.

«Чтобы уточнить, диаграмма Сары показывает морфологическую и генетическую структуру 11 пчел. Женская ткань (красная) и мужская ткань (синяя). Гонады каждой пчелы обозначены разноцветными облаками. Каждый отец (14x) представлен спермой разного цвета. Мать показана с короной, - добавил доктор Ронаи в своем твиттере.

Краткая информация о происхождении 11 странных пчел. (Фото: Сара Амидор, любезно предоставлено Изобель Ронаи через Твиттер.)

«Это первое сообщение о феномене пчелы с двумя отцами и отсутствием матери при перепончатокрылых», - заключила г-жа Аамидор.

«Пчела-самка, у которой было два отца, созданная слиянием двух сперматозоидов, впервые описана у гаплодиплоидов и представляет собой интересное явление, учитывая, что попытки слияния двух сперматозоидов у млекопитающих [не] были признаны возможными», - уточнила г-жа Аамидор. по электронной почте

Это открытие подчеркивает гибкость для социального размножения насекомых и потенциально новых социальных структур на уровне колоний.

«Здесь мы показываем, что люди состоят из трех и даже четырех родителей (одна мать и 2–3 отца), которые до сих пор создают живую пчелу», - указала г-жа Аамидор в электронном письме.

Это исследование начинает расширять наше ограниченное понимание действительно необычных способов, которыми сексуальные животные могут сливать свои геномы.

Предоставляют ли гинандроморфы какое-то эволюционное преимущество медоносным пчелам?

«У гинандроморфов нет эволюционного преимущества», - ответила г-жа Аамидор. «Мы предполагаем, что гинандроморфы - это генетические ошибки». По словам г-жи Аамидор, когда в одном улье обнаружено большое количество гинандроморфов, предполагается, что королева несет мутацию.

Другая группа перепончатокрылых, муравьи, может извлечь эволюционную выгоду из гинандроморфов.

«У муравьев было высказано предположение, что гинандроморфы могли стимулировать эволюцию диморфных отливок рабочих», - добавила г-жа Аамидор в электронном письме. «Но вряд ли это относится к пчелам, поскольку существует только один тип работников».

Гинандроморфы были обнаружены и у других видов, включая других насекомых (я писал о гинандроморфах бабочек здесь), некоторых ракообразных и нескольких видах птиц (я писал о гинандроморфиях у птиц и других животных здесь, здесь и здесь) , Тем не менее, ни в одном случае не было обнаружено какой-либо генетической мутации, которая запускает развитие гинандроморфов.

«Помимо этих уже известных примеров, вероятно, будут и такие же экстраординарные социальные системы, которые еще не были идентифицированы или даже вообразились», - писала г-жа Аамидор и ее сотрудники.

Источник:

Сара Эмидор, Борис Ягунд, Изобель Ронаи и Бенджамин П. Олдройд (2018). Половая мозаика у медоносной пчелы: как гаплодиплоидия делает возможной эволюцию новых форм размножения у социальных перепончатокрылых, Биологические письма, опубликованные онлайн 28 ноября 2018 года, прежде чем печатать | DOI: 10.1098 / rsbl.2018.0670

ПРИМЕЧАНИЕ. Эта статья была отредактирована 29 ноября 2018 года и теперь содержит комментарии и изображения Изобель Ронаи.

Первоначально опубликовано в Forbes 28 ноября 2018 года.