Очередной (40-й) пост моего блога на портале MedBook.ru
ПЧЁЛЫ КАК УБИЙЦЫ ОБЫЧНЫХ НОРМ И ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
В биологии пчёл - много того, что никак не вписывается в наши обычные представления о биологии животных. Правда, надо заметить, что эти так называемые "обычные представления" большей своей частью относятся к близким к нам животным - в первую очередь, к млекопитающим.
Но так или иначе, а жизнь пчел чрезвычайно интересна - только не для них - трудоголиков, а для нас - сторонних наблюдателей, хорошо защищённых надежной сеткой.
1. Пчелиную семью (колонию, рой) составляют
- одна матка - единственная самка, дающая потомство;
- несколько сот гаплоидных самцов (трутней)
- и десятки тысяч рабочих пчёл - диплоидных (как и матка), но стерильных самок.
У пчёл диплоидный набор включает 32, а гаплоидный (у трутней) – 16 хромосом.
2. У каждой пчелы роя - строго определённая функция. И с этой функцией прямо связана средняя продолжительность жизни (ПЖ) пчёл.
А) Оплодотворенная матка живет до 5 лет и все это время интенсивно откладывает яйца: до 200 тысяч в год, до миллиона - за жизнь.
При этом
- часть откладываемых яиц - оплодотворённые (сперматозоидами трутней), из них развиваются рабочие пчелы и новые матки;
- другая (меньшая) часть - неоплодотворенные яйца, из которых развиваются трутни.
Б) Рабочие пчёлы по выполняемой на данный момент функции подразделяются на «кормилиц», «слуг», «стражей» и «добытчиков».
Хотя эти пчёлы имеют точно такой же геном, как и матка, их средняя ПЖ на один-два порядка меньше!
Причем, эта ПЖ зависит от времени года и рода деятельности:
- летом, в пик мёдосбора, пчёлы-«добытчицы» живут всего 4–6 недель,
- пчёлы, появившиеся ближе к осени и не израсходовавшие свой жизненный потенциал, зимуют в улье, так что их ПЖ достигает нескольких месяцев,
- некоторая категория пчёл, которая никогда не вылетает на «полевые работы», занимаясь лишь «внутренними» делами, живёт, как полагают, 6-10 месяцев.
Смерть рабочих пчёл связывают с гибелью нейронов: количество последних в мозгу этих пчёл (изначально составляющее один миллион) за 8 недель медосбора уменьшается на 30–35%.
В оставшихся нейронах наблюдаются дегенеративные изменения.
Естественный результат обозначается как «церебральная смерть».
В) Наконец, трутни погибают не от старости: они погибают
- либо сразу после спаривания с молодой пчелой-маткой, что происходит в воздухе, в полёте, и длится всего несколько секунд,
- либо (если не участвовали в спаривании) осенью, когда рабочие пчёлы перестают кормить трутней и потом, ослабевших от голода, выталкивают их из улья на мороз.
Так что больше 2–4 месяцев трутни обычно не живут.
Получается, что геном пчелы содержит программы не одного, а трёх илиболее направлений развития. И у каждого направления – свои детали морфологии, своё поведение, своя ПЖ.
Пожалуй, подобное встречается не так часто.
3. Сперматозоиды трутней тоже заставляют тяжко задуматься над прежними представлениями.
А) Гаплоидность трутней означает, что в сперматогенезе пчёл нет ни конъюгации, ни кроссинговера, а значит тщетно рассчитывать на омолаживающий эффект мейоза.
Формально стадия сперматоцитов имеется, но перечисленные события, очевидно, не происходят. Или заменяются чем-то суррогатным.
Б) Не менее поразительна невероятная живучесть сперматозоидов трутней.
Так, матка оплодотворяется лишь в «ранней молодости» – на 10–12-й день после освобождения из ячейки, спариваясь вне улья, в воздухе с 8–10-ю трутнями.
При этом в ее семяприемник попадает около 8 млн сперматозоидов.
И затем они до 5 лет небольшими порциями используются для оплодотворения, не теряя своей «товарности»!
На каждое оплодотворяемое яйцо (которое как раз к тому моментууспело провести два быстрых редукционных деления мейоза и проходит по непарной части яйцевода) капается маленькая капелька с 7–8-ю сперматозоидами.
Один из них проникает в яйцо.
Всего за 5 лет расходуется ( для оплодотворения 1 млн яйцеклеток) примерно 8 млн спермиев - как раз весь их запас, полученный маткой на заре ее долгой жизни.
Таким образом, спарматозоиды, как правило, надолго переживают тех трутней, в которых они образовались.
4. Механизм подразделения выводимого в улье потомства на несколько каст (матка, трутни и рабочие пчелы) тоже уникален.
Тут, собственно, два механизма:
- один определяет плоидность генома будущей особи,
- а второй - функциональный тип и ПЖ этой особи.
А) Первый механизм основан на том, что рабочие пчёлы строят для выведения потомства ячейки нескольких типов (для каждого яйца - по ячейке):
- для оплодотворённых яиц – I. крупные (т.н. маточники) и III. вдвое меньшие (для рабочих пчёл),
- для неоплодотворённых яиц – II. примерно промежуточные по величине.
Откладывая яйцо в ячейку, матка садится на неё.
I и III. Если посадка происходит на крупную или маленькую ячейку, то в момент прохождения откладываемого яйца по непарной части яйцевода в семяприёмнике открывается специальный клапан, через который выделяется вышеупомянутая капелька с 7-8 сперматозоидами;
один из них, как уже было сказано, оплодотворяет яйцеклетку.
Развивается диплоидная самка.
II. Когда же матка присаживается на среднюю по размеру ячейку, ее (матки) поза оказывается такой, что клапан открыться не может и яйцо остаётся неоплодотворенным.
Из него развивается гаплоидный самец - трутень.
Таким образом, данный механизм приводит к подразделению яиц на три группы:
- диплоидные яйца в крупных ячейках,
- диплоидные яйца в мелких ячейках,
- гаплоидные яйца в средних ячейках.
Причем яйца в первых группах совершенно одинаковы.
Б) Из этих одинаковых яиц развиваются разительно отличающиеся друг от друга особи - матки и рабочие пчёлы.
Все определяется тем рационом питания, который начинают получать личинки, вылупляющиеся через 3 суток из яиц.
I. Так сказать, ВИП-личинкам в крупных ячейках (кандидатам в матки) пчёлы-кормилицы в течение 5 дней дают т.н. маточное молочко, вырабатываемое верхнечелюстными и глоточными железами этих пчёл.
Кроме питательных веществ, в молочке, видимо, содержатся регуляторные факторы, определяющие развитие личинки в нужном направлении.
lll и II. Остальные личинки получают более простой корм: в течение первых 2–3 суток это опять молочко, правда, несколько иного состава, но затем меню меняется: оно начинает складываться из мёда и перги.
Как ни парадоксально, рабочие пчёлы развиваются дольше, чем матка:
- личиночный период длится у них не 5, а 6 дней,
- а период метаморфоза куколки – не 8 дней, а 12.
В итоге, от отложения яйцá
- до образования молодой матки проходит 16 дней (3+5+8),
- а до образования молодой рабочей пчелы – 21 день (3+6+12).
Видимо, и в самом деле, рожать – дело нехитрое, большого ума не надо.
А рабочей пчеле предстоит активно участвовать в сложных социальных отношениях.
5. И, наконец, чем объясняется резкое различие ПЖ матки и рабочих пчёл?
А) И матка, и пчёлы-«добытчицы» выполняют очень интенсивную работу.
I. Общая масса яиц, откладываемых маткой за сутки, нередко близка к её собственной массе, что говорит о крайне интенсивном метаболизме; и это продолжается в течение нескольких лет.
III. Пчела-«добытчица» неустанно носит нектар и пыльцу, но её («добытчицу») «хватает» всего на месяц.
Б) Здесь опять очень важным является фактор питания.
- Матку заботливо насыщают тем же высокопитательным продуктом сменяющие друг друга «бригады», по десятку пчёл-«кормилиц» в каждой; без них она умерла бы через 2–3 дня.
В) Не менее важное значение приписывают белку вителлогенину, содержание которого очень высоко в клетках матки.
Он участвует в формировании желтка яиц, но по совместительству это мощный протектор, защищающий клетку от окислителей и свободных радикалов.
Поэтому скорость накопления повреждений в клетках матки намного ниже, чем в клетках рабочих пчёл.
Таковы эти удивительные пчёлы, которые, как казалось, хорошо знакомы нам с детства и, которые, как теперь выясняется, способны "подкинуть" и "подбросить" массу горючего материала любой стороне спорщиков, фигурирующих в моих постах.
Но об этом мы поговорим в следующий раз.
