Rebelia w ulu

Print Friendly and PDF

 

WYDZIAŁ BIOLOGII I NAUK O ZIEMI
INSTYTUT NAUK O ŚRODOWISKU

 

Zrozumienie ewolucji układów społecznych występujących wśród ludzi i zwierząt leży w kręgu zainteresowań nauk ekonomicznych czy socjologicznych, ale także ekologii i biologii. Podczas gdy ekonomiści i socjolodzy skupiają się na interakcjach między ludźmi, ekolodzy i biolodzy starają się zrozumieć ewolucję tych skomplikowanych układów. Takie podejście pozwala na testowanie wielu ogólnych zagadnień, włącznie z teorią ewolucji Karola Darwina. Przykładem są, prowadzone na Uniwersytecie Jagiellońskim, badania wykonywane na rodzinach pszczelich.

Układ eusocjalny to forma grupowania się zwierząt, charakteryzujący się wysokim stopniem uspołecznienia, wspólną opieką nad potomstwem oraz podziałem ze względu na możliwość reprodukcji. Oznacza to, że część osobników ma ograniczone możliwości rozrodcze lub jest bezpłodna i nie może przekazywać dalej swoich genów. Układy takie występują między innymi u owadów błonkoskrzydłych (pszczół, os, mrówek) i termitów.

Dlaczego lepiej dbać o siostrę?

Dziedziczna bezpłodność u części osobników w eusocjalnych społecznościach była w przeszłości stawiana za argument przeciwko teorii ewolucji Darwina. Jednak zaproponowana przez Wiliama D. Hamiltona w 1964 roku teoria – nazwana teorią doboru krewniaczego – tłumaczy powstanie w drodze doboru naturalnego zarówno układów eusocjalnych, jak i innych zachowań altruistycznych. Hamilton zauważył, że osobniki mogą przekazywać swoje geny nie tylko przez własne potomstwo, ale także dzięki potomstwu spokrewnionych ze sobą osobników. W związku z tym altruistyczne zachowania w stosunku do krewniaków mogą być promowane w toku ewolucji, najważniejsze jest bowiem skuteczne rozprzestrzenianie genów osobnika i to bez względu na to, czy on sam podejmie się reprodukcji, czy też – na skutek jego altruistycznego zachowania – zrobi to jego krewniak.

W układach eusocjalnych, wśród owadów błonkoskrzydłych (z rzędu Hymenoptera: pszczoły, osy, mrówki) pojawia się charakterystyczna determinacja płci: samce rozwijają się z niezapłodnionych jaj, samice zaś z jaj zapłodnionych. W efekcie pokrewieństwo pomiędzy siostrami pochodzącymi od jednej matki i tego samego ojca (pokrewieństwo 75%) jest wyższe niż pokrewieństwo pomiędzy matką a córką (pokrewieństwo 50%). Oznacza to, że osobniki, które zainwestowały w wychowanie swoich sióstr, przekazały 75% swoich genów, czyli więcej niż stałoby się to w przypadku, gdyby dbały wyłącznie o własne potomstwo, dzięki któremu przekazują tylko 50% własnych genów. To doprowadziło do częstszych niż w innych grupach zwierząt zachowań altruistycznych względem sióstr. Pomimo wielu prac potwierdzających założenia teorii Hamiltona, powstanie układów eusocjalnych na drodze doboru krewniaczego pozostaje wciąż tematem ożywionej dyskusji, a dalsze badania w tym zakresie spotykają się z szerokim zainteresowaniem.


Schemat obrazujący pokrewieństwo w rodzinie pszczelej. Całym kołem
oznaczono samice (matkę i robotnice), ponieważ rozwijają się one
z zapłodnionych jaj i są diploidalne (mają po dwa chromosomy danego typu).
Półkolami oznaczone zostały samce (trutnie), gdyż rozwijają się
z niezapłodnionych jaj i są haploidalne (mają po jednym chromosomie
homologicznym z każdej pary). Różne kolory oznaczają geny pochodzące
od różnych osobników, ilustr.: K. Kuszewska

 

Rójka i rebeliantki

Pszczoła miodna (łac. Apis mellifera) ze względu na jej duże znaczenie gospodarcze w zapylaniu upraw i produkcji miodu jest najlepiej poznanym owadem eusocjalnym. Rodzinę pszczelą podaje się także za przykład doskonałego społeczeństwa, w którym robotnice rezygnują z własnej reprodukcji po to, by opiekować się matką i jej potomstwem. Badania opublikowane w 2012 roku przez naukowców z Instytutu Nauk o Środowisku, przedstawiające „rebelianckie" robotnice u pszczoły miodnej (M. Woyciechowski, K. Kuszewska, Swarming generates rebel workers in honeybee, „Curr. Biol." 22. 707-711, 2012), są jednymi z tych, które pokazują, że relacje pomiędzy osobnikami żyjącymi w rodzinie pszczelej nie są wcale tak idealne, a pomiędzy członkami rodziny pojawiają się konflikty i napięcia.

Rebeliantki to robotnice wychowywane tuż po rójce, która jest jedynym naturalnym sposobem podziału i powstawania nowej rodziny pszczelej. W tym czasie pszczela matka wraz z częścią robotnic (rojem) opuszcza macierzyste gniazdo i rozpoczyna poszukiwania odpowiedniego siedliska. W pozostawionym przez matkę gnieździe pozostaje druga część robotnic, która opiekuje się rozwijającymi się przyszłymi matkami oraz jajami, larwami i poczwarkami robotnic. Właśnie z tych chwilowo pozbawionych dorosłej matki jaj i larw rozwijają się rebelianckie robotnice, u których jajniki są lepiej rozwinięte niż u zwykłych robotnic. W przyszłości umożliwi im to własną reprodukcję, czyli składanie niezapłodnionych jaj, z których wyklują się wyłącznie samce (trutnie). Rebeliantki mają jednak gorzej rozwinięte narządy produkujące pokarm dla matki i larw, więc nie mogą wystarczająco mocno angażować się w wychowanie kolejnych pokoleń pszczół. Innymi słowy, są egoistycznymi robotnicami, które sprzeciwiają się ogólnie przyjętym zasadom funkcjonowania rodziny pszczelej i – zamiast pracować na rzecz „nowej matki i jej potomstwa" – starają się doprowadzić do wychowywania własnego potomstwa.


Pasieka eksperymentalna Instytutu Nauk o Środowisku zlokalizowana
na terenie Kampusu 600-lecia Odnowienia Uniwersytetu Jagiellońskiego

 

Sprzeczne interesy

W tej historii najciekawsza jest odpowiedź na pytanie: „Co sprawia, że po wylocie roju larwy robotnic rozwijają się w bardziej samolubne osobniki i jakie są skutki tego procesu?". Istnieją dwa wytłumaczenia tej kwestii. Pierwsze wyjaśnienie dotyczy sygnału działającego na larwy i będącego bezpośrednią przyczyną rozwoju rebeliantek. Za taki czynnik można uznać brak dorosłej matki w gnieździe po wylocie roju, który larwy odczuwają i przez to rozwijają się w rebelianckie robotnice.

Natomiast drugie wyjaśnienie powstawania tej samolubnej strategii robotnic dotyka przyczyn ewolucyjnych. Opiera się ono na teorii doboru krewniaczego, która tłumaczy także pojawiające się w układach socjalnych konflikty. Przed odlotem matki robotnice wychowują braci i siostry, natomiast po wylocie roju będą wychowywać potomstwo nowej królowej, czyli matki, która tak naprawdę będzie ich siostrą. W przyszłości robotnice będą więc musiały wychowywać siostrzeńców i siostrzenice, z którymi są o połowę mniej spokrewnione niż były z siostrami i braćmi, a to oznacza, że przekażą mniej swoich genów do następnego pokolenia. Właśnie ten spadek pokrewieństwa w rodzinie był powodem ewolucji strategii rebelianckich robotnic, które już jako larwy przygotowują się do buntu w dorosłym życiu. Nie jest to jednak stan długotrwały dla rodziny pszczelej, ponieważ rebeliantki – tak jak i inne robotnice – żyją około miesiąca, podczas gdy pokolenie robotnic wychowanych z jaj złożonych przez nową matkę rozwija się już w normalne robotnice (żyjące także koło miesiąca), które opiekują się matką i jej potomstwem.

Każde odkrycie generuje inne pytania i problemy, nie inaczej jest w przypadku rebelianckich robotnic. „Aktualnie prowadzone badania skupiają się na zgłębieniu biologii rebeliantek oraz ich wpływu na rodzinę, w której się znajdują. Badane będą kwestie dotyczące metabolizmu, długości życia oraz odpowiedzi immunologicznej rebeliantek" – podsumowuje Karolina Kuszewska z Instytutu Nauk o Środowisku UJ. Do tej pory nie wiadomo także, w jaki sposób larwy „dowiadują się" o chwilowym braku matki w gnieździe. Dalsze badania pszczół rebeliantek będą więc fascynującą przygodą, która pozwoli nie tylko na lepsze zrozumienie biologii pszczół, lecz także lepszą percepcję ewolucji skomplikowanych układów społecznych.