W pałacowej intrydze godnej George’a R.R. Martina, nowe badanie wykazało, że niektóre robotnice pszczół są zabójczyniami królowych, które powstaną i zabiją swoją królową, jeśli ta wyprodukuje niewłaściwy rodzaj męskiego potomstwa. Tron może wtedy zostać przejęty przez jedną z jej córek, która wyprodukuje odpowiedni rodzaj męskiego potomstwa – zapewniając przetrwanie linii krwi.
Dlaczego pszczoły faworyzowałyby niektóre królowe w stosunku do innych na podstawie ich synów? Aby to zrozumieć, musimy wiedzieć co nieco o różnicach między samcami i samicami pszczół. Synowie królowych pszczół, mrówek i os (owadów znanych pod wspólną nazwą Hymenoptera) występują w dwóch rodzajach.
Różnica ta wynika z ich genetyki. Ludzie są organizmami „diploidalnymi”, co oznacza, że mają dwie kopie (allele) każdego genu, po jednej od każdego z rodziców. Pszczoły jednak działają nieco inaczej.
Kobiety, tak jak my, są diploidalne, pochodzą z zapłodnionych jaj z dwoma zestawami alleli. Królowa musi kopulować, aby wyprodukować samice, ponieważ ojciec wnosi połowę genomu córki.
Ale samce pszczół, znane jako trutnie, są zwykle „haploidalne”, powstają z niezapłodnionych jaj królowej i posiadają jeden zestaw alleli. Królowa może je produkować bez kojarzenia się w pary.
Królowa kojarzy się tylko raz, ale przechowuje spermę do końca życia. Po kryciu może zdecydować, czy zapłodnić dane jajo, a więc może kontrolować liczbę męskich i żeńskich potomków.
Od czasu do czasu pojawia się jednak rzadszy i bardziej złowrogi rodzaj samca, nad którym królowa nie ma kontroli. Samce te są diploidalne i zazwyczaj sterylne. Powstają, gdy diploidalne (a więc prawowicie żeńskie) ciało pszczoły zostaje oszukane, by stać się samcem. Są one katastrofą dla przetrwania kolonii, ponieważ pochłaniają zasoby, nie mogą przyczynić się do reprodukcji i, jak wszystkie samce błonkoskrzydłych, odmawiają pracy.
Podejmując decyzję o tym, czy zostać samcem czy samicą, ciało rozwijającej się pszczoły patrzy na pojedynczy gen zwany genem „komplementarnej determinacji płci” (CSD). Jeśli gen ten ma dwa różne allele, ponieważ pochodzi z zapłodnionego jaja, pszczoła staje się samicą. Ale jeśli ma on tylko jeden allel, ponieważ pochodzi z niezapłodnionego jaja, pszczoła staje się samcem.
Normalnie ten system determinacji płci działa prawidłowo. Ale jeśli przez przypadek królowa połączyła się z samcem, który posiada allel CSD identyczny z jej, wtedy połowa jej diploidalnego potomstwa będzie miała tylko jeden rodzaj allelu CSD i stanie się samcem zamiast samicą, skutecznie zmniejszając siłę roboczą nowego pokolenia o połowę.
Istniejące robotnice, co zrozumiałe, nie są tym zachwycone.
Królowe z bezpłodnym męskim potomstwem zostają zamordowane
Badacze w nowym badaniu przyjrzeli się gatunkowi Scaptotrigona depilis, członkowi bezżądłowych pszczół (Meliponini) pochodzącemu z Brazylii. Zidentyfikowali kolonie z rozwijającymi się sterylnymi samcami diploidalnymi, jak również normalne kolonie, z którymi mogli je porównać.
Wprowadzili nową, normalną, zdrową królową do każdego gniazda i śledzili jej aktywność. Królowe w koloniach zawierających sterylne samce w tajemniczy sposób zmarły około 10 dni po pojawieniu się tych samców.
Wprowadzone królowe w dwóch rodzajach kolonii nie różniły się od siebie. Oznacza to, że możemy wykluczyć czynniki genetyczne, które mogły zwiększyć prawdopodobieństwo ich śmierci lub sprawić, że z natury będą pachniały inaczej niż robotnice.
Nie były one matkami żadnego potomstwa ani w koloniach eksperymentalnych ani kontrolnych, więc nie ma powodu by sądzić, że robotnice w koloniach kontrolnych były bardziej skłonne do faworyzowania nowej królowej niż robotnice w koloniach eksperymentalnych.
Płodne samce są zarówno leniwe jak i śmierdzące
Dlaczego więc kolonie eksperymentalne powstały i zabiły swoje nowe królowe? Najprostsze wyjaśnienie jest takie, że to obecność sterylnych diploidalnych samców, a nie cokolwiek związanego z samą królową, powoduje, że robotnice ją zabijają.
W normalnie funkcjonującej kolonii (takiej, która nie była manipulowana na potrzeby eksperymentu), taka reakcja byłaby niezwykle korzystna. Jeśli królowa produkuje głodne, leniwe i bezpłodne samce, to zabicie jej pozwala jednej z jej córek stać się nową królową, produkującą prawdziwie reprodukcyjnych męskich spadkobierców. Robotnice mogą wtedy pomóc nowej królowej utrwalić ich wspólne dziedzictwo genetyczne.
Jak robotnice wykrywają bezpłodne samce? Badacze wykazali, że dla robotnic normalne samce haploidalne i sterylne samce diploidalne pachną inaczej. Te dwa odmienne zapachy pojawiają się w krótkim czasie po pojawieniu się samców. Jak myślisz, jak długo po tym? Około 10 dni – dokładnie w tym samym momencie, w którym królowe w eksperymencie zaczęły „tajemniczo” wymierać. Palący pistolet.
Dlaczego te samce nie zostały wykorzenione wcześniej? U pszczół miodnych (Apis mellifera) są. Pszczoły robotnice zajmują się jajami i larwami i mogą łatwo „wyczuć” diploidalnego samca i zabić go. Ale u pszczół bezżądłowych jaja są zamykane w komórkach na wczesnym etapie rozwoju, a robotnice nie mają z nimi kontaktu, dopóki nie wyłonią się jako dobre do niczego samce.
Anty i osy też są królobójcami
Takie zachowanie nie jest wyjątkowe; zabijanie królowych znane jest u wielu gatunków błonkówek. Jednym z przykładów są kolonie mrówek ognistych (Solenopsis invicta), których robotnice tworzą gangi. Każdy gang ma swój własny „znak gangowy”, zapach wytwarzany przez kombinację alleli określonego genu, który pozwala mrówkom rozpoznać, kto należy do ich gangu. Robotnice z jednego gangu zabijają królowe, które wykazują niewłaściwy znak gangu.
W osach żółtodziobych, które mają roczny cykl życia, robotnice zwykle zabijają swoją królową pod koniec roku, gdy ta się starzeje i jej moc słabnie. W najlepszym okresie życia wytwarza ona sygnały chemiczne, które tłumią zdolność robotnic do rozmnażania (nawet robotnice mogą produkować samce, składając niezapłodnione jaja).
Pracownicom to nie przeszkadza, dopóki królowa nadal masowo produkuje ich braci i siostry. Ale gdy jej zdolność do rodzenia dzieci zaczyna spadać, sumy się nie sumują. Z genetycznego punktu widzenia lepiej jest, gdy pszczoły kończą sezon z hukiem i składają ogromną liczbę własnych samców – a do tego potrzebują wolności od matki. Można mieć tylko nadzieję, że zrobią to szybko.
Prawie robotnice zabijają tylko wierne królowe, które łączą się w pary tylko z jednym samcem. U gatunków z bardziej rozwiązłymi królowymi robotnice są mniej krwiożercze, ponieważ zazwyczaj są rodzeństwem przyrodnim, a nie pełnym. W tym przypadku robotnice nie mają wystarczająco dużo wspólnych genów, aby faworyzować wzajemne dawanie pierwszeństwa swoim dzieciom przed potomstwem królowej – niezależnie od tego, jak bardzo jest ona podupadła.
Ale w obu tych przypadkach królowa zostaje zabita z powodu swoich genów, a nie wyborów życiowych. Wyjątkowe jest to, że robotnice pszczół bezżądłowych dokonują makabrycznej zemsty na królowej z powodu jej czynów: jej niefortunnego wyboru partnera.
Autorzy nowego badania sugerują również, że królowa raczej nie jest w stanie odróżnić dobrych od złych partnerów, czyli tego, czy potencjalny zalotnik posiada jej allel CSD. Nie ma więc powodu przypuszczać, że królowa wiedziałaby, że jest naznaczona na śmierć, aż do momentu, gdy zostałaby zamordowana w zasadzce w stylu „Czerwonego Wesela”.