Pszczoły miodne (Apis mellifera) mają zdolności do współpracy zaprogramowane w genach - potwierdzają na łamach czasopisma "Science Advances" naukowcy z Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie (HHU). Badania, które przeprowadzili wraz z kolegami z Uniwersytetów we Frankfurcie nad Menem, Oksfordzie i Würzburgu, pozwoliły zidentyfikować kluczowy gen, tzw. doublesex (dsx), który m.in. decyduje o płci owadów. "Zachowania poszczególnych pszczół i ich funkcja w kolonii nie są wyuczone, lecz dziedziczone" - podkreśla współautor pracy, prof. Martin Beye, szef Instytutu Genetyki Ewolucyjnej HHU.
Zachowania społeczne są powszechne zarówno u ludzi, jak i w świecie zwierząt. Każdy człowiek i każde zwierzę wchodzi w interakcje z innymi osobnikami swojej grupy w taki czy inny sposób. U zwierząt motywy tego działania nie są wcale istotnie odmienne od naszych, kluczowe znaczenie ma ułatwienie poszukiwania pożywienia, obrona przed zagrożeniami i pomoc w wychowywaniu potomstwa.
U niektórych zwierząt, takich jak właśnie pszczoły miodne, więzi społeczne są tak silne, że cała grupa tworzy silnie zwartą społeczność, funkcjonującą zbiorowo jako jeden "superorganizm". Indywidualne zachowanie tysięcy robotnic koncentruje się w nim na ochronie całej kolonii, a także dokarmianiu i opiece nad potomstwem.
Do tej pory nie było wiadomo, czy takie złożone zachowania są wyuczone, czy genetycznie zakodowane. Zespół badawczy z HHU pod kierunkiem prof. Beye i pierwszej autorki pracy dr Vivien Sommer odkrył, że to specyficzne dla robotnic zachowanie determinuje gen znany jako dsx.
Ten gen programuje, czy robotnica podejmuje zadanie w kolonii i na jak długo. Obejmuje to zbiorowe zadania, takie jak opieka nad larwami, poszukiwanie pożywienia oraz wymiana informacji na temat jego źródeł - tłumaczy Sommer.
W badaniach wykorzystano nowoczesną technikę edycji genów CRISPR/Cas9, by u niektórych pszczół wyłączyć albo zmodyfikować gen dsx. Naukowcy przyczepili zmodyfikowanym pszczołom wizytówki w postaci kodu QR, by potem monitorować z pomocą licznych kamer ich zachowanie w ulu. Zapisane sekwencje wideo były analizowane z pomocą sztucznej inteligencji w celu określenia indywidualnych wzorców zachowań pszczół.
Zasadnicze pytanie brzmiało, czy i jak dziedziczone wzorce zachowań zmieniają się w wyniku modyfikacji genów. Takie zmiany muszą być zapisywane w układzie nerwowym robotnic, gdzie takie specyficzne zachowanie jest kontrolowane - dodaje Sommer. By się o tym przekonać, do sekwencji genu dsx wprowadzono zielone białko fluorescencyjne (GFP), tak by mogło być wytwarzane równoczesnie z białkiem dsx. Dzięki temu można było potem identyfikować i obserwować istotne obwody neuronalne z pomocą mikroskopii fluorescencyjnej, zarówno u pszczół niemodyfikowanych, jak i tych z modyfikacjami genetycznymi.
Mogliśmy użyć tych narzędzi, aby dokładnie zobaczyć, które szlaki nerwowe tworzy w mózgu gen dsx i jak ten gen z kolei określa dziedziczone wzorce zachowań pszczół miodnych - dodaje współautorka pracy, Jana Seiler. Nasze odkrycia wskazują na fundamentalny program genetyczny, który determinuje obwody neuronalne i zachowanie robotnic - mówi prof. Wolfgang Rössler, który kierował badaniem na Uniwersytecie w Würzburgu.
W kolejnym etapie badań autorzy pracy chcą teraz przejść z poziomu pojedynczej pszczoły miodnej do całego superorganizmu kolonii pszczół. Jak podkreśla współautorka pracy Alina Sturm z HHU, liczą na znalezienie związku między indywidualnym programowaniem a koordynacją zachowania wielu osobników.