Микробы пчел формируют социальное поведение колонии

Микробиология 18 января 2021 г., 6:27
Микробы пчел формируют социальное поведение колонии

Для улья(мишени) атака может обернуться катастрофой - пчелы могут быть убиты, пытаясь защитить пищу колонии, в то время как кража меда оставляет колонию под угрозой голода в течение зимы.

Колонии пытаются предотвратить эти вторжения, размещая пчел-охранников за пределами улья, чтобы следить за тысячами пчел, входящих и выходящих из улья. Пчелы-охранники используют запах кутикулярных углеводородов других пчел (КУ) для идентификации особей, которые пытаются проникнуть из разных семей.

Кутикулярные углеводороды(КУ), представляют собой восковой водостойкий слой, покрывающий кутикулу насекомых. Он защищает пчел от высыхания, а также играет важную роль в химической коммуникации, в том числе в агрегации, распознавании видов, гнезд или партнеров и передаче сигналов репродуктивного статуса.

Считалось, что различия в составе КУ зависят от генетики, но исследователи показали, что дневные пчелы могут быть интегрированы в чужой улей с малым процентом отторжения со стороны другой колонии.

Кэсси Вернье, бывшая аспирантка Вашингтонского университета в Сент-Луисе, пыталась найти ответы в микробиоте пчел на загадку способностей насекомых распознавать химические знаки.
«Геном человека состоит не только из собственных генов, но и из геномов всех микроорганизмов, живущих в этом теле», - говорит она. Чтобы узнать, может ли микробиота пчел влиять на состав кутикулярных углеводородов, Вернье и ее коллеги из Вашингтонского университета провели эксперименты по культивированию перекрестных ульев, в которых молодые пчелы выращивались как в своих собственных, так и в чужих колониях.

Чашка Петри с бактериями, культивированных в кишечнике медоносной пчелы.

Чашка Петри с бактериями, выращенными в кишечнике медоносной пчелы.

Команда секвенировала образцы кишечника пчел и проанализировала экстракты КУ в обеих группах, обнаружив, что и родной улей пчелы, и улей, в котором она выросла, влияют на микробиом кишечника насекомого, который, в свою очередь, влиял на состав кутикулярных углеводородов.

Ученые идентифицировали у испытуемых 14 видов бактерий, различающихся по численности и вариациям в зависимости от места выращивания пчелы, шесть из которых были одинаковыми среди пчел, которые выросли в одном улье, независимо от генетической связи.
Исследователи также скармливали различные смеси микробов отдельной группе только что вылупившихся пчел и обнаружили, что у этих пчел также развиваются разные микробные сообщества, что, в свою очередь, приводит к многочисленным разновидностям КУ.

Как оказалось, пчелы с родственным микробиомом принимают чужих в свою колонию, а своих, зараженных теми же бактериями - не идентифицируют, при этом кусают, жалят и выталкивают из улья. «Это первый случай, когда показано, что микробиом играет роль в основной социальной биологии насекомого, а не в аспектах, которые связанны со здоровьем», - говорит Вернье. «В данном случае, похоже, это стимулирует базовое социальное поведение, которое помогает колонии выжить».

Нэнси Моран, биолог из Техасского университета в Остине, которая не участвовала в исследовании Вернье и помогала в исследовании микробиоты пчел, считает новое исследование «очень убедительным», добавляя, что оно указывает на еще одну важную роль, которую играет микробиологическая популяция у пчел.

Моран говорит, что изменения в микробиоме будут важным фактором сокращения численности колоний, отмечая, что пестициды, которые пчеловоды используют для уничтожения клещей в своих колониях, а также средства для уничтожения сорняков, такие как глифосат, могут уничтожить микробные сообщества пчел и сделать насекомых уязвимыми перед инфекциями.

Пчелы-охранники осматривают возможного злоумышленника у входа в их улей.

Пчелы-охранники осматривают возможного злоумышленника у входа в их улей.

Лаборатория Нэнси Моран обнаружила, что микробиомы кишечника медоносных пчел по всему миру различаются по химическому составу, и эволюция микробиома длится уже около 80 миллионов лет.

«У каждой рабочей пчелы в любой точке мира есть один и тот же набор бактерий» с точки зрения микробных таксонов, - объясняет она, хотя, как показывает исследование Вернье, вариации на уровне штаммов в этом микробном сообществе играют решающую роль для распознавания "соседа по колонии".

Микробиолог Ирен Ньютон из Индианского университета в Блумингтоне, которая не участвовала в исследовании Вернье, также обнаружила новые роли микробиома в метаболизме, поведении и здоровье пчел.
Она была поражена предыдущими исследованиями, которые показали, что пчелы могут определять, когда их пчелиная матка была оплодотворена, и различать большие и низкие объемы семенной жидкости в ней, основываясь на ее запахе, и в результате могут изменять свое поведение по отношению к ней.

Ньютон хотела узнать больше о биологии матки и с тех пор обнаружила, что одна бактерия - Bombella apis особенно распространена в микробиомах маток, однако, рабочие пчелы и хранилища нектара также содержат небольшие количества этих бактерий. Она говорит, что это единственный обнаруженный ею микроб, который может расти в «сильнодействующей антимикробной» среде маточного молочка, которым рабочие пчелы кормят королеву.

В прошлом году лаборатория Ньютон опубликовала исследование на сервере препринтов bioRxiv, показывающее, что Bombella apis продуцирует противогрибковые метаболиты, с помощью которых микроб помогает предотвратить проникновение грибковых патогенов в организмы пчел. «Поражает тот факт, что пчелы приносят пыльцу обратно в колонию, и мы не видим грибов в качестве основных частей каких-либо компонентов микробиома пчел», - говорит она, отмечая, что пчелы могут взаимодействовать с тысячами цветов в день, но при этом устойчивы ко многим грибковым патогенам, поражающих растения.

Ньютон добавляет, что пчелы представляют собой нечто вроде принципа Златовласки для изучения функций микробиома у насекомых.
"Они - золотая середина между не слишком сложными и не слишком простыми насекомыми". Другие известные модели животных, такие как Drosophila melanogaster, обычно имеют только несколько типов бактерий, и состав микробиома гораздо более подвержен воздействию окружающей среды, потому что, в отличие от пчел, мухи не имеют центральной колонии, где они могут обмениваться бактериями друг с другом. Что касается Вернье, изучение микробиомов пчел изменило ее взгляд на пчел, говорит она. «Когда я вижу пчелу, я сразу думаю о том, что внутри нее».




Станьте первым!



pangenes.ru © 2021
Яндекс.Метрика