En honningbi med to fædre og ingen mor

En kvindelig honningbi med to fædre - og ingen mor - er blevet opdaget; den første nogensinde af hendes art observeret i naturen

af GrrlScientist for Forbes | @GrrlScientist

Kvindelig arbejder honningbi (Apis mellifera). (Kredit: Cumnor Hill, Sharp Photography / CC BY-SA 3.0)

Et team af forskere opdagede en kvindelig honningbi, der har to fædre - og ingen mor - den første nogensinde af hendes art observeret i naturen. Kvindelige bier, myrer og hveps (Hymenoptera) stammer fra befrugtede æg, der har et sæt kromosomer fra hver forælder, mens mænd skyldes ufrugtbare æg. Hos honningbier har kvinder - dronninger og arbejdere - i alt 32 kromosomer, mens mænd (droner) kun har halvdelen så mange.

"Pr. Definition i alle haplodiploider (bier, myrer og hveps) er hanen haploid - skabt af et ubefruktet æg, hvilket betyder, at det kun har et sæt kromosomer fra sin mor," sagde molekylærbiolog, Sarah Aamidor, hovedforfatter af undersøgelsen og en kandidatstuderende i biologi ved University of Sydney, via e-mail.

Det haplodiploide kønsbestemmelsessystem muliggør udvikling af en bemærkelsesværdig række biologiske fænomener, herunder kloning af kvinder, kloning af mænd - og gynandromorfi. En gynandromorf har både mandlige og kvindelige egenskaber og en blanding af væv fra begge køn (ref). Gynandromorfer adskiller sig fra hermafroditer, som har både mandlige og kvindelige reproduktionsorganer.

Hos honningbier udvikler gynandromorfe typisk fra kombinationen af ​​en diploid zygote og et haploid mandligt væv, der stammer fra en anden sædcelle (ref & ref). Dette muliggøres af det faktum, at honningbier er polyspermiske, en situation, hvor mere end en sæd går ind i ægget og smelter sammen til den indledende celleklynge. Disse celler begynder derefter at dele sig og give anledning til væv, der bliver en del af det udviklende embryo.

Men hvad forårsager en gynandromorf honningbi? Dette var et af spørgsmålene, der motiverede Ms. Aamidor og hendes kolleger til at gennemføre denne undersøgelse (ref) ved hjælp af nogle ”unormale bier” indsamlet af en anden forsker, mens de gennemførte en tidligere undersøgelse.

Europæiske honningbier (Apis mellifera) i Australien. (Kredit: CSIRO / CC 3.0)

”Disse bier var mærkelige, fordi de er gynandromorphs (sexmosaikker): De har bits der ser mandlige ud og biter der ser kvindelige ud”, studerede medforfatter, Isobel Ronai, der var en kandidatstuderende på University of Sydney på det tidspunkt, tweetede på Twitter (tråd). ”F.eks. Er hanhonebisse-øjne meget større end kvindelige øjne, og denne gynandromorf har et mandligt øje på en kvindelig krop.”

Hanhunde-bi-øjne er meget større end kvindelige øjne, og denne gynandromorf har et mandligt øje på en kvindelig krop. (Kredit: Aamidor & Ronai, 2018, via Twitter.)

Selvom gynandromorfer kan være resultatet af en sjælden genetisk mutation, er det ikke klart, hvordan og hvorfor de vises. Er den temperaturafhængig? En udviklingsulykke? Eller ...?

For at identificere, hvad der forårsager gynandromorfer i honningbier og bedre forstå fleksibiliteten af ​​honningbi-reproduktion, dissekerede Aamidor og hendes samarbejdspartnere 11 nyopståede formodede gynandromorf honningbier fra en enkelt koloni og undersøgte morfologien i forskellige væv i hvert bi for at identificere dets køn.

”Sarah og jeg tilbragte nogle sjove dage sammen med at dissekere disse mærkelige bier,” twitrede Dr. Ronai. "Sarah ville senere analysere vævene med en genetisk teknik ved hjælp af mikrosatellitter for at bestemme mor og far (r) til disse bier - den samme teknik bruges til menneskelige faderskabstest."

Fru Aamidor og hendes samarbejdspartnere fandt en "tilfældig blanding" af mandlige og kvindelige organer i disse mærkelige bier. De opdagede også, at fem af gynandromorfene havde normale æggestokke.

”Tre bier havde også store dronningelignende æggestokke snarere end små arbejdsstokkestokke,” tweetede Dr. Ronai.

Kun en gynadromorf havde normale mandlige reproduktionsorganer, mens to andre havde delvis reproduktionsorganer.

”Sarah og jeg havde dissekeret alle bier, der så virkelig mærkelig ud, og jeg sagde til hende, at vi skulle dissekere den sidste bi, en normal kvindelig udseende fra den samme koloni, så vi kunne sammenligne anatomien,” twitterede Dr. Ronai. ”Når det var dissekeret, blev bien føjet til Sarahs genetiske analyse som kontrol.”

Genetisk analyse afslørede, at ni af de 11 gynandromorfer havde enten to eller tre fædre. Forbløffende havde en gynandromorf - den tilsyneladende normale kvindelige kontrol - faktisk to fædre og ingen mor - en begivenhed, der kun kunne være resultatet af sædfusion.

”Sarahs genetiske analyse af gynandromorfene opdagede også, at en bi havde 4 forældre (tre fædre og en mor)!” Dr. Ronai tweetede.

”For at afklare viser Sarahs diagram morfologisk og genetisk sammensætning af de 11 bier. Kvindevæv (rødt) & mandligt væv (blåt). Gonaderne for hver bi er angivet med forskellige farvede skyer. Hver far (14x) er repræsenteret af en forskellig farvet sæd. Mor vist med krone, ”tilføjede Dr. Ronai i en anden tweet.

Resumé af forældrene til de 11 mærkelige honningbier. (Kredit: Sarah Aamidor, takket være Isobel Ronai via Twitter.)

”Dette er den første rapport om et fænomen med et bi med to fædre og ingen mor i hymenoptera,” konkluderede Aamidor.

”Den kvindelige bi, der havde to fædre oprettet ved fusionen af ​​to sædceller, er den første rapporteret i haplodiploider og er et interessant fænomen i betragtning af, at forsøg på at fusionere to sædceller hos pattedyr ikke [har] fundet at være muligt,” udtalte frøken Aamidor i e-mail.

Denne konstatering understreger fleksibiliteten for social insekt reproduktion og potentielt nye sociale strukturer på kolonieniveau.

”Vi viser her, at individer er sammensat af tre og endda fire forældreoprindelse (en mor og 2-3 fædre), der stadig skaber et levende bi,” påpegede Aamidor i e-mail.

Denne undersøgelse begynder at udvide vores begrænsede forståelse af de virkelig usædvanlige måder, som seksuelle dyr kan smelte sammen med deres genomer på.

Tilbyder gynandromorfer en slags evolutionsfordel for honningbier?

”Der er ingen evolutionær fordel ved gynandromorfer,” svarede Aamidor. ”Vi antager, at gynandromorfer er genetiske fejl.” Ifølge Ms. Aamidor antages det, at et stort antal gynandromorfer findes i en enkelt bikive, antages, at dronningen bærer mutationen.

En anden gruppe af hymenopteraner, myrerne, kan have en evolutionær fordel ved gynandromorfer.

”I myrer er det blevet antydet, at gynandromorfer kan have drevet udviklingen af ​​de dimorfe arbejderkaster,” tilføjede Aamidor i e-mail. ”Men det er usandsynligt, at det er tilfældet i honningbier, da der kun er en arbejdstype.”

Gynandromorfer er også observeret i andre arter, inklusive andre insekter (jeg har skrevet om sommerfuglgynandromorfer her), nogle skaldyr og nogle få fuglearter (jeg har skrevet om gynandromorfi hos fugle og andre dyr her, her og her) . Imidlertid er der aldrig under nogen omstændigheder blevet identificeret nogen genetisk mutation, der udløser udviklingen af ​​gynandromorfer.

”Ud over disse allerede kendte eksempler er der sandsynligvis lige lige så ekstraordinære sociale systemer, der endnu ikke er identificeret eller endda forestillet sig,” skrev Aamidor og hendes samarbejdspartnere.

Kilde:

Sarah E. Aamidor, Boris Yagound, Isobel Ronai og Benjamin P. Oldroyd (2018). Sexmosaikker i honningbiet: hvordan haplodiploidy muliggør udviklingen af ​​nye former for reproduktion i sociale Hymenoptera, Biology Letters, offentliggjort online den 28. november 2018 før tryk | DOI: 10.1098 / rsbl.2018.0670

BEMÆRK: Dette stykke blev redigeret den 29. november 2018 for at inkludere Isobel Ronai's tweetede kommentarer og billeder.

Oprindeligt offentliggjort på Forbes den 28. november 2018.