Ученые выяснили, что особый вариант гена fruitless (fru) играет ключевую роль в формировании социального поведения самцов медоносных пчел. Этот ген заставляет трутней активно участвовать в коллективном обмене пищей и правильно выбирать место в колонии.

Генетические основы кооперации у пчел

Биологи исследовали, как гены влияют на кооперацию у медоносных пчел (Apis mellifera). В ходе работы, опубликованной в журнале Nature Communications, было установлено, что ген fruitless, который у насекомых обычно отвечает за брачное поведение, в процессе эволюции социальных видов приобрел новую функцию. Теперь он поддерживает жизнедеятельность пчелиной семьи как единого сверхорганизма.

Особенности поведения трутней

В улье трутни демонстрируют выраженное кооперативное поведение: они не конкурируют друг с другом за пищу или место, а получают питательные вещества от рабочих пчел через трофаллаксис — передачу жидкой пищи изо рта в рот. Этот процесс требует сложной координации: самец подходит к рабочей пчеле, контактирует с ее головой антеннами и выпрашивает корм, поддерживая контакт на протяжении всего кормления.

Роль белка FruM

Исследователи обнаружили, что за настройку этой системы отвечает белок FruM — мужской вариант белка Fruitless. С помощью технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 ученые создали линию пчел, у которых у самцов был "выключен" ген fru. Наблюдения с использованием автоматизированной системы трекинга BBAS (Bee Behavioral Annotation System), отслеживающей движения каждой особи по QR-кодам, показали резкие изменения в поведении мутантных трутней.

Изменения в поведении мутантов

У трутней с отключенным геном fru уровень социальности заметно снизился: частота попыток выпрашивать пищу уменьшилась вдвое, а само кормление стало значительно короче. Кроме того, мутанты стали ошибаться в навигации внутри улья. В отличие от обычных трутней, которые проводят время в медовой зоне или на периферии улья, избегая ячеек с пыльцой (которую они не могут переварить), мутанты массово забирались в ячейки с пыльцой — что нехарактерно для нормальных особей. При этом их общие двигательные способности, реакция на свет и запах королевы не изменились, что доказывает: ген влияет именно на "социальную настройку", а не на физические возможности насекомого.

Нейронные сети и эволюция кооперации

Анализ мозга показал, что белок FruM экспрессируется примерно в 1800 нейронах, формируя сеть, связывающую органы чувств (зрение, обоняние) с центрами высшего порядка — грибовидными телами, участвующими в принятии решений. У трутней эта сеть имеет специфические "мужские" черты в строении антеннальных долей и зрительных путей.

Значение открытия

Авторы исследования считают, что появление такой жесткой генетической программы позволило пчелам эффективно распределять ресурсы внутри колонии. Вместо хаотичного поведения трутни "запрограммированы" на определенную частоту и продолжительность социальных контактов, что снижает нагрузку на рабочих пчел и повышает выживаемость всей семьи. Таким образом, эволюция кооперации у пчел произошла за счет адаптации старых генов, ранее отвечавших за размножение, к нуждам сложной социальной структуры.