Медоносные пчелы быстро эволюционируют, чтобы преодолеть новую болезнь

Международная исследовательская группа сообщает хорошие новости для медоносных пчел, испытывающих трудности, и миллионов людей, зависящих от них в опылении сельскохозяйственных культур.

Эти ценные опылители столкнулись с массовой гибелью колоний за последнее десятилетие, в основном из-за распространения хищного клеща Varroa destructor. Однако, согласно исследованию, опубликованному в Nature Communications, положение пчел может быть не столь катастрофичным.

Исследователи обнаружили популяцию диких пчел в районе Итаки, штат Нью-Йорк, которая сегодня так же сильна, как и прежде, несмотря на вторжение клещей в регион в середине 1990-х годов.

«Они понесли удар, но восстановились», — сказал Александр Михеев, профессор Окинавского института науки и технологий (OIST) и ведущий автор статьи. «Похоже, популяция выработала генетическую устойчивость».

Михеев и его коллеги из OIST и Корнеллского университета изучили популяционную генетику дикой колонии, сравнив ДНК образцов, собранных в 1977 году, с пчелами, собранными в том же лесу в 2010 году. Для этого они разработали новый инструмент анализа ДНК, который особенно хорошо работает с деградировавшей ДНК, хранящейся в музейных образцах.

Такое исследование — большая редкость, особенно для пчел. Мало кто их коллекционирует, и еще меньше собирает их способом, подходящим для популяционного исследования. К счастью, профессор Корнелла Том Сили работал в этой области во время своей докторской диссертации и поместил свои образцы в Коллекцию насекомых Корнеллского университета. Это первый случай, когда ученые смогли наблюдать геномные изменения после конкретного события, такого как вторжение клещей.

«Используя музейные образцы, мы видим, как эволюция происходит на самом деле, по сравнению с тем, как мы думаем, что она происходит», — сказал Михеев.

Сравнивая пчел из одной и той же колонии с разницей всего в несколько десятилетий, команда смогла увидеть естественный отбор в действии.

Пчелы изменились несколькими способами:

1. Митохондриальная ДНК, генетический материал, хранящийся в «электростанциях» клеток, значительно изменилась от старого поколения к новому. Этот материал передается только от матерей, поэтому серьезные изменения указывают на то, что старые матки были уничтожены и произошли крупномасштабные потери популяции.
2. Несмотря на это, популяция сохранила высокий уровень генетического разнообразия в остальной части генома, хранящейся в клеточном ядре. Высокое генетическое разнообразие увеличивает шансы на успешную адаптацию.
3. Одно из самых интересных изменений произошло в гене, связанном с дофаминовым рецептором, который, как известно, контролирует обучение избеганию. Другое исследование предполагает, что этот рецептор участвует в процессе, когда пчелы вычесывают и разгрызают клещей.
4. Исследователи также обнаружили множество изменений в генах, связанных с развитием. Клещи размножаются и питаются на пчелах на личиночной стадии, поэтому ученые предполагают, что пчелы эволюционировали, чтобы нарушить этот процесс.
5. Произошли и физические изменения: современные пчелы меньше старых, и у них другая форма крыльев.

Исследователи отмечают, что наблюдаемые изменения нельзя приписать какому-либо одному фактору, например, клещам, из-за длительного временного промежутка. Однако многие изменения слишком велики, чтобы быть следствием случайных генетических колебаний или притока генов из других источников, например, от африканизированных пчел. Основным драйвером наблюдаемых изменений по-прежнему был естественный отбор.

«Эти результаты выявляют гены-кандидаты, которые можно использовать для выведения более устойчивых пчел, например, ген дофаминового рецептора», — сказал Михеев. «Что еще важнее, они подчеркивают важность поддержания высокого уровня генетического разнообразия в одомашненных популяциях пчел, что может помочь преодолеть будущие болезни».