Genom pszczoły zawiera więcej tajemnic niż genów
Najstarsze ślady kopalne tych owadów pochodzą z bursztynu znalezionego w północnej Birmie i mają około 100 mln lat. Przypuszcza się, że gatunek ten wywodzi się od wspólnego przodka z Afryki, który w dwóch osobnych fala migracji rozprzestrzenił się do Europy i Azji. Człowiekowi z swoimi słodkościami towarzyszą od koło 10 tyś lat.
Średni czas życia pszczoły miodnej (Apis mellifera) sięga do 40 dni, w tym czasie przechodzi kolejne stadia społeczne. Robotnica zaczyna jako opiekunka larw, ogrzewa je, czyści komórki, karmi. Po wykształceniu gruczołów produkujących wosk staje się budowniczką plastrów, by w ostatnim etapie życia stać się zbieraczką pyłku. Zupełnie inaczej przebiega życie samca - trutnia, oprócz zabiegania o zapłodnieniem królowej nic więcej go nie interesuje. Jeszcze inaczej funkcjonuje królowa, mogąca żyć powyżej 5 lat zajmuje się gównie produkcją jajek. Całość sterowana złożonym systemem feromonów z własnym językiem tańca. Wszystko to mogłoby sugerować o potrzebie posiadania większej liczby genów. Tymczasem u komara doszukano się 14 tysięcy genów, u muszki owocowej 13,6 tysięcy. Cały materiał genetyczny pszczoły miodnej zgromadzony w 16 chromosomach i 265 mln nukleotydach zawiera około 10 tysięcy genów. Może to sugerować, że genom tego owada różnicował się wolniej niż innych.
Jednocześnie mniejsza liczba genów całkowicie nie jest związana z rozwojem systemu nerwowego. Mózg pszczoły zawiera cztery razy więcej neuronów niż muszki owocowej. Co całkowicie można wytłumaczyć złożonością jej życia.
Z drugiej strony geny bardzo dobrze pokazują, które czynniki w życiu pszczoły mają największe znaczenie. Dla mało znaczącego zmysłu smaku zidentyfikowano tylko 10 genów, a dla wyjątkowo szeroko wykorzystywanym w zachowaniu czy poszukiwaniu pokarmu, zmyśle zapachu, znaleziono 163 geny. Mniej genów związanych jest także z budową zewnętrzna – kutikulą, przypuszczalnie życie w roju chroni ją przed większością obrażeń. Podobne tłumaczenie przyjmuje się dla prostoty budowy jedwabiu produkowanego przez larwy.
Za to całkowicie oczekiwaniom nie odpowiada liczba genów związanych z życiem społecznym owadów. Społeczne pszczoły mają ich mniej niż samotnicze muszki. Jedynym wyjaśnieniem może być wyjątkowe uporządkowanie i specjalizacja w życiu tego owada. Większość z tych genów związana jest z życiem w grupie lub zachowaniem pokarmowym. Jak sugerują badania niektóre z nich mogły się rozwinąć z starszych szlaków regulujących sygnały insuliny (gospodarkę cukrami - paliwem).
Zagadką pozostaje wyjątkowo mała liczba genów związanych z funkcjonowaniem układu odpornościowego, co przy życiu w skupieniu (łatwiejsze przenoszenie chorób) wydaje się być wyjątkowo istotne. Równie ubogie są geny odpowiedzialne za detoksykacje, co może wyjaśniać dużą wrażliwość pszczół na zatrucia niektórymi środkami chemicznymi.
Inną tajemnicą wyczytaną z genomu pszczoły jest zegar biologiczny. Ten proces rytmów dobowych steruje funkcjonowaniem całego organizmu. Podpowiada, kiedy należy iść spać, a kiedy wstać. Ma także znaczenie przy komunikowaniu nas kiedy jesteśmy zmęczeni, a kiedy chce się jeść. Pomaga zgadnąć w jakim czasie, gdzie i co można znaleźć do jedzenia oraz jak tam dotrzeć. Biorąc pod uwagę tryb życia pszczoły może nie należy się dziwić, że sterujące nim geny są bardziej podobne do tych u ssaków niż innych owadów? Rytmem tym steruje specjalny zespół komórek nerwowych w mózgu. Geny odpowiedzialne za sterowanie rytmem dobowym występują u większości organizmów na ziemi, nawet bakterii. Wcześniej jednak przypuszczano, że ewoluował on osobnymi drogami u owadów i ssaków.
Następnym nie w pełni jasnym elementem jest wyjątkowo duża liczba rekombinacji (śladów po mieszaniu się genomu samca i samicy). Proces ten u pszczół jest dziesięciokrotnie bardziej intensywny niż u innych zwierząt, w tym ludzi. Próbuje się to wyjaśnić małą zmiennością genetyczną w roju. Wszystkie robotnice pochodzą od jednej królowej.
Równie bardziej złożony okazał się system determinacji płci. Przyjmowano, że główną rolę odgrywa tu królowa. Z niezapłodnionych jajeczek rozwijają się trutnie, a z zapłodnionych samice. Okazało się to nie całą prawdą. Gen decydujący o płci csd ma wiele alleli. Jeśli spotkają się te same powstaje samiec, a jak różne to samica. Jeśli przypadkiem przy zapłodnieniu spotkają się dwa te same allel to powstaje sterylny samiec, na ogół niszczony przez robotnice na etapie larwy.
Źródła: Eurekalert!, Nature, University of Michigan
Foto: Jon Sullivan, Wikipedia
Paweł Szablewski
do góry