Обнаружены вещества, связанные с агрессивностью пчёл

Бразильские исследователи, возможно, обнаружили причину высокой агрессивности африканизированных медоносных пчёл. Учёные выявили более высокие уровни определённых химических веществ в мозге этих пчёл по сравнению с более спокойными породами, выведенными пчеловодами.

Согласно исследованию, опубликованному в Journal of Proteome Research, эти химические вещества могут запускать раздражительное поведение у обычно спокойных пчёл. Те же соединения ранее обнаруживали в мозге мух и мышей, где они, по-видимому, регулируют потребление пищи и пищеварение. Это пример того, как поведение эволюционирует у разных видов по-разному через сходные молекулярные механизмы.

Исследование провёл профессор Марио Сержио Пальма из Центра по изучению общественных насекомых Института биологических наук Университета Сан-Паулу (IB-UNESP).

Методология исследования

Целью было изучение механизма производства нейрогормонов в мозге пчелы. Нейрогормоны — это химические соединения, регулирующие нервную систему и участвующие в социальном поведении насекомых.

Для идентификации, характеристики и количественного определения белков использовалась методика матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (MALDI) в сочетании с масс-спектрометрической визуализацией (MSI). Эта техника позволяет исследовать химическую структуру нейропептидов и картировать области мозга, на которые они воздействуют, без необходимости экстракции клеток.

Эксперименты проводились на пасеке IB-UNESP. Около 1000 новорождённых рабочих пчёл пометили на груди нетоксичной краской. Когда им исполнилось 20 дней, колонию подвергли «анализу агрессии или ужаления»: в наблюдательной арене перед пчёлами несколько раз махали небольшим чёрным кожаным мячом диаметром 5 см. Наблюдали и фиксировали различные виды предупреждающего и атакующего поведения. Пчёлы, ужалившие цель, а также меченые особи были собраны, немедленно заморожены в жидком азоте и вскрыты для протеомного анализа их мозга.

Для сравнения также собрали рабочих пчёл, оставшихся в улье во время атаки.

Гормоны и агрессия

Сравнение показало ключевое различие:

• В мозге неагрессивных пчёл предшественники белков (прекурсоры) оставались в неповреждённой, неактивной форме.
• В мозге агрессивных пчёл обнаруживались только зрелые формы этих белков — небольшие фрагменты прекурсоров, созданные действием ферментов протеаз. Эти фрагменты должны пройти дальнейшую химическую модификацию (протеолиз или расщепление), чтобы стать активными нейропептидами — гормонами, действующими на мозг для адаптации организма к определённой поведенческой модели (в данном случае — агрессивному поведению).

Идентифицированные нейропептиды, с незначительными структурными различиями, встречаются у многих насекомых. У агрессивных пчёл их функция заключается в регуляции энергетического метаболизма, активации бдительности и пространственной координации полёта, а также стимуляции выработки феромонов тревоги.

Эксперимент с синтетическими нейропептидами

Убедившись, что нейропептиды стимулируют агрессию, исследователи синтезировали эти соединения в лаборатории и ввели их молодым рабочим пчёлам, предположительно слишком незрелым для проявления агрессии в колонии.

Результат: эти рабочие пчёлы начали демонстрировать агрессивное поведение, включая ужаление цели, вскоре после инъекции нейропептидов.

Происхождение свирепости

Прекурсоры нейропептидов созревают в мозге взрослых рабочих пчёл. У молодых особей они ещё не расщеплены и не могут превратиться в зрелые активные нейропептиды. К возрасту 15–20 дней у рабочих пчёл появляются необходимые молекулярные инструменты для катализа созревания прекурсоров. В результате нейропептиды в их мозге мгновенно активируются в ответ на угрожающие физико-химические стимулы, и пчёлы начинают вести себя агрессивно.

Инъекция синтетических нейропептидов в зрелой форме молодым пчёлам наделяла их зрелыми нейропептидами, что за несколько мгновений активировало метаболические и физиологические преобразования, позволившие пчёлам вести себя очень агрессивно.