Как маточное молочко помогает личинкам пчел не падать и становиться королевами

Личинки медоносных пчел развиваются в маток только при обильном кормлении маточным молочком. Но эта пища не только определяет судьбу личинки — она также удерживает её на потолке специальной ячейки (маточника), где происходит развитие. Исследование, опубликованное 15 марта в Current Biology, объясняет роль pH маточного молочка в придании ему достаточной вязкости, чтобы будущая матка не упала.

Маточное молочко имеет вязкую и липкую, желеобразную консистенцию. Как джем в перевёрнутой банке, оно достаточно густое, чтобы удерживаться на потолке маточника и поддерживать растущую личинку.

Личинкам маток не обязательно висеть для правильного развития, но они слишком велики для обычных ячеек сот. Часто единственное место в улье с достаточным пространством — это нижняя часть рамки, где маточники свисают. В отличие от других личинок, которых кормят небольшим количеством кормового желе, рабочие пчёлы закладывают в маточник огромное количество молочка, создавая липкую массу, которая одновременно питает личинку и удерживает её на месте.

Из-за этих пространственных ограничений вязкость молочка крайне важна. Учёные во главе с Анжей Буттедт были удивлены, когда эксперименты с белками, составляющими это вещество, полностью изменили его консистенцию: оно стало жидким, почти водянистым.

Исследователи изучили маточное молочко при разных уровнях pH (в норме pH 4). Они обнаружили, что между pH 4 и pH 5 вязкость резко меняется, а при нейтральном pH (7) молочко становится текучим.

Оказалось, что основной белок маточного молочка, MRJP1, в более кислых условиях полимеризуется с другим белком, образуя сеть волокон. Эти волокна увеличивают размер белка и играют ключевую роль в изменении вязкости желе. Это и стало недостающим звеном, объясняющим связь между pH, изменением вязкости и белком.

Механизм, с помощью которого волокна меняют вязкость, пока не ясен. Однако есть гипотеза, зачем это нужно: маточное молочко вырабатывается в железах рабочих пчёл и должно быть достаточно жидким, чтобы проходить через их протоки. Его производство происходит в двух отдельных железах: одна вырабатывает белки при нейтральном pH, а другая — жирные кислоты, которые снижают pH при смешивании секретов.

Подобные pH-зависимые механизмы регуляции образования важных белков есть и у других видов. Например, у человека белок, служащий каркасом для синтеза меланина, образует волокна только при pH 6 в специфических органеллах. Другой пример — паучий шёлк, который не должен быть слишком липким в железе, но затвердевает при изменении pH при выделении.

Таким образом, изменение вязкости маточного молочка в зависимости от pH имеет эволюционный смысл — просто раньше на это не обращали внимания. Учёные планируют продолжать изучение маточного молочка и его уникальных белков, которые, вероятно, выполняют у медоносных пчёл особые функции.