Специалист по поведению животных Клэр Риттшоф из Университета Кентукки изучает агрессию медоносных пчел уже более 10 лет, поэтому неудивительно, что она потеряла счет тому, сколько раз ее ужалили. Но она привыкла считать. ” Только за одно лето я получила 88 укусов пчел", - вспоминает она.
Это потому, что на самом деле для нее и пчел может быть лучше, если ее иногда ужалят. “Я действительно не иду на 100-процентное отсутствие укуса", - говорит она. - Я не ношу перчаток и вообще ничего на руках, потому что мне легче управляться с пчелами. Кроме того, если вы получите несколько укусов здесь и там, это может помочь поддерживать более низкий уровень реакции.- Безопасность в ее лаборатории, конечно, на первом месте, и управление укусами-часть этого. “Ты идешь в гнездо, в логово льва. Не обязательно наблюдать с безопасного расстояния, - говорит она. - Обучение студентов занимает много времени.- Но переживание агрессии пчелы - это не просто побочный продукт ее исследований—это фокус.
Стефани Флаут
Исследования показали, что низкоагрессивные ульи имеют более высокий уровень смертности, чем высокоагрессивные. Ученые многих дисциплин пытаются выяснить, почему колонии медоносных пчел гибнут с исторически высокой скоростью. Многие стрессоры—такие как инфекции, пестициды и недостаток питательной пищи-способствуют этой смертности. Понимание этих синергетических эффектов стресса и того, что они имеют отношение к низкой агрессии, может помочь обуздать потери колоний. В недавнем исследовании, опубликованном в BMC Genomics, Риттшоф определил молекулярные причины того, что низкоагрессивные пчелиные ульи более восприимчивы к стрессорам. (В данном случае Ритцхоф не говорит о” пчелах-убийцах", которые являются особенно агрессивными гибридами между Европейской медоносной пчелой и восточноафриканской низменной медоносной пчелой.)
Исследование 2017 года, проведенное также в BMC Genomics совместно с Кристиной Грозингер из Пенсильванского государственного университета и Робертом Дж. Пакстоном из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге в Германии, выявило гены, экспрессируемые у нездоровых пчел независимо от источника стресса или инфекции, продемонстрировав, что у пчел, подвергшихся стрессу, есть физиологическая сигнатура иммунной функции. Они обнаружили, что 57 генов последовательно повышаются независимо от источника инфекции, и около 110 последовательно понижаются. В своем новом исследовании Ритцхоф говорит, что целью ее команды было " идентифицировать молекулярную сигнатуру агрессии, а затем определить степень, в которой эти гены перекрываются с генами, которые регулируются инфекцией.”
Предыдущая работа ритцхоф и ее лаборатории заложила основу для такого эксперимента. Статья 2015 года, которую она вела, опубликованная в Научных отчетах, показала, что генетически идентичные пчелиные братья, помещенные в качестве личинок или куколок в низко-и высокоагрессивные колонии, развивают сходные уровни агрессии с их окружающими колониями-предполагая, что экологические сигналы во время личиночного развития, а не только генетика, влияют на то, насколько агрессивна пчела.
"Работа доктора Ритцхофа показала, что социальная среда колонии глубоко изменяет поведение пчел, выращенных в ней, независимо от генотипического фона пчел”, - говорит Грозингер, который не участвовал в последнем исследовании Ритцхофа. "Это открытие поистине замечательно, так как медоносные пчелы претерпевают полную метаморфозу, и таким образом происходят огромные изменения от личиночного до взрослого состояния.”
Клэр Ритцхоф
Медоносные пчелы, живущие в среде с большим количеством хищников, приучены быть сверхчувствительными к угрозам. Медоносные пчелы развили феромонную реакцию тревоги (которая, по словам Риттшофа, пахнет бананами), чтобы сообщать об угрозах и отбиваться от крупных хищников, таких как медведи. Когда медоносные пчелы чувствуют феромон тревоги, он изменяет паттерны экспрессии генов пчел в краткосрочной перспективе и побуждает их бороться с хищником. В долгосрочной перспективе эти паттерны экспрессии генов, по-видимому, делают пчел более чувствительными к потенциальным угрозам. ” Роль, которую эти изменения выражения играют в мозге, не ясна", - говорит Ритцхоф, и большая часть работы ее лаборатории-это распутывание этих паттернов.
Новое исследование проанализировало, какие гены были экспрессированы у пчел, выращенных в ульях с высокой или низкой агрессией, используя образцы из мозга, жирового тела и частей тела мидгута, связанных с поведением, детоксикацией пестицидов и иммунным ответом соответственно. Команда риттшофа обнаружила, что гены, экспрессируемые во время инфекции или стресса, действительно частично совпадают с генами, экспрессируемыми у пчел из низкоагрессивных ульев. "Существует физиологический профиль стресса, независимо от стрессора”, - объясняет Риттшоф. - Люди с низкой агрессивностью разделяют этот профиль, и это потенциально предрасполагает их к смерти, когда появляются дополнительные стрессоры.- В остальном пчелы с низкой агрессивностью были здоровы. Но некоторые из экспрессируемых ими генов были такими же, как и у нездоровых пчел. "Связь между агрессией и здоровьем очень удивительна, - говорит Грозингер, - и это исследование укрепляет эту связь на молекулярном уровне. Мы, несомненно, выбрали для "мягкости" в наших популяциях пчел, и интересно думать, что мы, возможно, неосознанно также выбрали для пчел, которые были менее устойчивы.”
Но прежде чем пчеловоды начнут размножать более агрессивные штаммы, исследователям необходимо понять больше о том, что происходит. ” Как и во всех подобных исследованиях, - говорит Грозингер, - было бы полезно иметь возможность делать это в более широком масштабе, используя пчел из разных популяций и подвидов. Африканские и африканизированные пчелы, например, более агрессивны и устойчивы к стрессорам, чем европейские пчелы. Является ли это результатом молекулярной связи между агрессией и иммунитетом?”
Это исследование является последним за более чем десятилетнюю историю работы Риттшофа по объединению области поведения животных с нейробиологией и геномикой. Поскольку геном, нервная система и поведение пчелы хорошо изучены, они являются прекрасной моделью для понимания поведенческих, генетических и нейробиологических основ агрессии. ” Большинство животных ведут себя агрессивно в определенном контексте, - говорит Риттшоф, - поэтому, по-видимому, агрессия имеет глубокие эволюционные корни. Работа ритцхоф подкрепляет эту идею: в статье 2014 года, опубликованной ею совместно с коллегами в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the U. S. A., показано, что агрессивные социальные взаимодействия активируют одни и те же молекулярные реакции у пчел, рыб и мышей.
Агрессивные социальные взаимодействия активируют те же самые молекулярные реакции у пчел, рыб и мышей.
Исследовательская траектория ритцхофа потребовала от нее овладения всеми видами междисциплинарных навыков, от содержания пчел до секвенирования геномов и транскриптомов. “Я начала интересоваться эволюцией поведения, а затем заинтересовалась тем, как животные могут принимать решения в сложной окружающей среде, что привело меня к изучению мозга”, - говорит она. - За несколько лет до того, как я совершил этот переход, был опубликован человеческий геном. Один из выводов, который был сделан в ходе этого проекта, заключался в том, что животные отличаются не только содержанием наших генов, но и тем, как они экспрессируются. Это также совпало с моим интересом, и я был действительно очарован идеей, что окружающая среда изменяет то, как функционирует ваш геном.”
По мере того как Риттшоф и ее команда изучают эти процессы, ее работа не только может помочь понять, как обуздать рост смертности медоносных пчел, но и может иметь последствия для нашего понимания нейробиологии и поведения других животных, включая людей. ” Большинство заболеваний когнитивного спада, таких как деменция, болезнь Альцгеймера и Паркинсона, связаны с нарушением обмена веществ в головном мозге", - говорит Риттшоф. “Мы смотрим на то, как вариации в использовании энергии [в мозге] связаны с естественным, здоровым поведенческим фенотипом, таким, как мы видим у высокоагрессивных пчел."Ее лаборатория сейчас работает над изучением не только взаимосвязи между агрессией и здоровьем на молекулярном уровне, но и использования энергии пчелами в мозге и их пищевой экологии.