У пчелиного расплода популяции "Готланд" есть особое преимущество перед клещом Варроа.
Клещ варроа — главная угроза для медоносной пчелы. Он живёт за счёт пчёл: питается и размножается в их запечатанном расплоде. При этом клещ переносит опасные вирусы, особенно вирус деформации крыла.
Этот вирус:
- тормозит развитие пчёл;
- сокращает их жизнь;
- мешает нормально летать;
- снижает работоспособность всей семьи.
Если заражение не контролировать, колония может погибнуть за 1–2 года из-за массового распространения вирусов и резкого сокращения числа рабочих пчёл.
Для борьбы с клещом пчеловоды применяют:
- синтетические акарициды;
- органические кислоты;
- эфирные масла;
- зоотехнические методы (термообработка, создание безрасплодного периода, удаление трутневого расплода).
и др.
Также ведутся работы по выведению устойчивых к клещу пород пчёл. Селекционеры фокусируются на поведении взрослых пчёл, которые могут бороться с клещом (например, убирают заражённый расплод). Но создать по-настоящему устойчивые к варроа породы пока сложно.
Сегодня речь пойдет о пчелах с острова Готланд.
На шведском острове Готланд в Балтийском море живёт особая популяция медоносных пчёл. С 1999 года их практически не обрабатывали химикатами, хотя они заражены клещом варроа. Эти пчёлы обладают природной устойчивостью к паразиту.
У них есть удивительное свойство: только 50% самок клеща варроа могут успешно размножаться, тогда как в обычных пчелиных семьях, за которыми ухаживают пчеловоды, этот показатель превышает 80%.
Такая устойчивость — генетическая особенность самих пчёл, а не результат ослабления клещей. Она стабильно проявляется с 2011 года.
Последние исследования показали, что причина кроется в особенностях расплода, а не в поведении рабочих пчёл, которое обычно считают главным фактором защиты от варроа.
Популяция готландских пчёл ("Готланд") — уникальный объект для изучения естественного взаимодействия между клещами варроа и медоносными пчёлами.
Химическая сигнализация — основной способ общения между расплодом и пчёлами-кормилицами в улье. Эфирные феромоны расплода (ЭФР) содержат смесь летучих соединений, передающих информацию о возрасте и касте расплода.
Изначально в составе ЭФР было обнаружено десять соединений: метиловые (FAME) и этиловые эфиры (FAEE) пальмитата, линолата, стеарата, олеата и линолената, а также терпен E-β-оцимен.
Позднее было установлено, что эти вещества оказывают влияние на поведение и физиологию пчёл-кормилиц, изменяя их активность в зависимости от количества и времени выработки ЭФР.
Действие отдельных соединений ЭФР может значительно различаться: метилпальмитат и метиллиноленат стимулируют запечатывание ячеек, в то время как этилпальмитат и метиллиноленат подавляют развитие яичников у рабочих пчёл. Эти и другие эффекты подтверждают важную роль химической сигнализации в регуляции жизни пчелиной колонии.
Те же феромоны, которые расплод вырабатывает для общения с рабочими пчелами, например метил-линолеат и этил-пальмитат, перехватываются клещами Варроа как сигналы о времени заражения расплода.
В разных кастах пчелиной семьи существуют различия в профилях ЭФР, и это влияет на способность клеща паразитировать на них. Например, клеща Варроа часто больше привлекает трутневый расплод, поскольку он вырабатывает большее количество соединений ЭФР в течение большего периода времени по сравнению с расплодом рабочих пчел.
Профиль ЭФР также является важным фактором, способствующим значительному снижению заражения маточников клещом Варроа, поскольку расплод маток вырабатывает большее количество метилолеата, который отпугивает самок Варроа.
Размножение клещей тесно связано с развитием расплода, а оогенез клещей - с определенными летучими веществами, выделяемыми расплодом в определенное время.
Первые 12 часов после запечатывания ячейки с расплодом имеют решающее значение для репродуктивного успеха клещей. Нарушение связи между развивающимися куколками и клещом в этот период может привести к тому, что вторгшаяся самка-основательница поглотит все яйца, которые она начала откладывать.
Таким образом, даже незначительные изменения в профиле ЭФР расплода могут нарушить систему кайромонов (перехваченных клещом феромонов) и привести к снижению успешности размножения клещей.
Учёные исследовали профиль ЭФР у готландских пчёл, устойчивых к клещам, и сравнили его с контрольной, неустойчивой к клещу, группой пчёл с Аландских островов. Куколок брали через 0, 6, 12, 18, 24 и 36 часов после запечатывания ячеек. Заражённых или повреждённых особей исключали из исследования.
Для проведения измерений были выбраны следующие химические соединения:
Группа FAMEs (жирные кислоты с метиловыми эфирами):
- Метилпальмитат (метилгексадеканоат, обозначается как MP)
- Метилинолеат (метил (9Z,12Z)-октадека-9,12-диеноат, обозначается как ML)
- Метилстеарат (метилоктадеканоат, обозначается как MS)
Группа FAEEs (жирные кислоты с этиловыми эфирами):
- Этилпальмитат (этилгексадеканоат, обозначается как EP)
- Этилинолеат ((9Z, 12Z, 15Z)-этилоктадека-9,12,15-триеноат, обозначается как EL)
- Этилстеарат (этилоктадеканоат, обозначается как ES)
Монотерпен:
- (E)-β-оцимен (обозначается как EO)
В ходе исследования выяснили, что у пчёл "Готланд", устойчивых к клещу Варроа, концентрация особых летучих веществ (ЭФР) в большинстве случаев была заметно ниже, чем у обычной популяции пчёл.
Хотя статистически заметные различия были видны только в самом начале эксперимента (точка отсчета 00 часов), общая картина показывает следующее:
У устойчивых пчёл показатели ЭФР оказались ниже в 38 из 46 проведенных тестов (это составляет 83% случаев). Исключение составили лишь два случая. Один из них — это соединение метилстеарат, чей уровень резко вырос спустя 12 часов после начала опыта, причем именно в этот момент разница между двумя группами стала самой значительной.
Причина такого распределения веществ кроется в особенностях каждой отдельной популяции. Ученые заметили, что большинство летучих соединений зависят от исходного состояния пчелиной семьи, кроме одного исключения — EO (монотерпен (E)-β-оцимен). Его значения незначительно отличались между группами.
Получается, что пчёлы с острова Готланд обладают уникальным набором летучих веществ сразу после запечатывания ячеек, что отличает их от остальных популяций, неустойчивых к клещу варроа.
Что касается динамики изменений во времени, то большинство соединений уменьшаются в количестве через 6 часов после старта эксперимента. Исключение снова составило вещество EO, чья концентрация наоборот росла, достигнув максимума к 36-му часу, после чего начало быстро снижаться.
Связь между происхождением пчелиной семьи и временной динамикой проявила себя в изменениях только некоторых веществ, таких как MS (метилстеарат) и ES (этилстеарат).
Остальные элементы демонстрировали похожее поведение вне зависимости от типа популяции.
Самыми большими различиями в уровнях ЭФР между устойчивыми и обычными пчёлами являются результаты измерений, проведённые в первый момент времени (00 часов). Эти различия сохранялись и дальше, показывая общую тенденцию к снижению концентрации летучих веществ у пчел "Готланд".
***
Данное исследование выявляет существенные биологические различия в содержании эфиров брадизоловых кислот (ЭБФК) между уникальной популяцией "Готланд" и обычной популяцией, не обладающей такой устойчивостью. Эти различия проявляются в определённые этапы развития куколки, что имеет ключевое значение для нарушения репродуктивной функции клеща.
В частности, значительные различия между двумя популяциями были зафиксированы в момент времени 00:00, сразу после запечатывания личинок в ячейках для окукливания.
В устойчивой к клещам популяции "Готланд" уровень выработки ЭФР ниже, что можно рассматривать как своего рода химический камуфляж, или «химический шёпот», препятствующий началу размножения клещей.
Было установлено, что многие из этих соединений привлекают клещей Varroa и способствуют их размножению. Снижение общего уровня выработки ЭФР (феромоны расплода) затрудняет обнаружение сигнала клещами, но делает его доступным для взрослых пчел с повышенной чувствительностью к химическим раздражителям.
Исследования Фрея (2013) показали, что при искусственном введении летучих веществ ЭФР из куколок в ячейки для расплода через 24 часа после их запечатывания (то есть значительно позже критического 12-часового периода) наблюдалось значительное увеличение численности клещей.
Хотя точные химические соединения, используемые клещами для запуска оогенеза, до сих пор не установлены, существуют убедительные доказательства того, что клещи Varroa применяют ЭФР для стимуляции размножения.
В ходе предыдущего исследования (2019) на острове Готланд учёные изучали популяцию медоносных пчёл, устойчивых к клещу варроа. С помощью метода QTL-анализа высокого разрешения они обнаружили три важных гена:
- Phantom;
- Cyp18a1;
- Mblk-147.
Эти гены играют важную роль в здоровье и развитии пчелиного потомства. Они запускают процессы метаморфоза и линьки через путь биосинтеза экдизона. Все эти процессы происходят в период активного размножения клещей. Изменения в уровнях этих генов связывают с устойчивостью пчёл к клещу — они помогают снизить способность клещей к размножению.
Однако исследователи отмечают важный факт: найденные гены объясняют лишь часть механизмов устойчивости пчёл к клещу. Большая часть особенностей, связанных с устойчивостью, остаётся необъяснённой.
Чтобы изменения в феромонном фоне сохранялись в популяции, необходимо не только наличие другого феромонного профиля, создаваемого источником сигнала (в данном случае расплодом), но и его правильное восприятие и интерпретация получателем (в данном случае пчёлами-кормилицами).
Иными словами, чтобы изменения в запахах пчёл сохранялись в их семье, нужно два важных условия:
- Источник запаха (в нашем случае — расплод) должен производить особый запах.
- Получатель запаха (пчёлы-кормилицы) должен правильно чувствовать и понимать этот запах.
Учёные создали модель того, как запахи и способность их чувствовать могут вместе меняться со временем. Из этой модели они сделали два главных вывода:
- Чувствительные органы (те, что чувствуют запахи) должны эволюционировать быстрее, чем сами запахи.
- Когда в природе идёт сильная борьба за выживание, естественный отбор помогает тем существам, которые могут улавливать много разных запахов и их сочетаний.
Из этого следует интересное предположение:
если источник запаха начнёт пахнуть по-новому, то те, кто эти запахи чувствует, смогут быстро приспособиться и понять новый запах — особенно если идёт сильная борьба за выживание.
Именно такая сильная борьба происходит с клещом Варроа. Этот паразит очень быстро размножается и переносит опасные для пчёл вирусы, из-за которых целые семьи пчёл могут погибнуть. Поэтому пчёлы могли довольно быстро приспособиться к новым запахам в борьбе с этим врагом.
Однако эти рассуждения можно применить и к самому клещу Варроа — он тоже чувствует запахи пчёл, чтобы находить их. Но у клеща меньше разных генов, и его особи чаще скрещиваются между собой (это называется инбридингом). Поэтому клещ может быть менее приспособлен к изменениям запахов, чем пчёлы.
В природе существует правило: паразиты обычно выигрывают в борьбе с хозяевами, потому что они быстрее размножаются и их больше. Из-за этого они могут приспосабливаться к защите хозяев быстрее, чем те успевают придумать новую защиту.
Но у пчелиного расплода есть особое преимущество перед клещом варроа. И те, кто должен получать сигналы (пчёлы), и те, кто их перехватывает (клещи), должны уметь:
- распознавать особые запахи;
- правильно их понимать.
Хотя у клещей варроа есть специальные датчики для улавливания запахов расплода, есть интересная особенность: даже небольшие изменения в генах пчёл могут создавать новые запахи и их сочетания. Если такие изменения уже есть в пчелиной семье, пчёлы могут очень быстро приспособиться к паразиту — иногда всего за несколько поколений.
Есть яркий пример такой быстрой адаптации. Жуки-короеды всего за три года смогли изменить свои запахи так, что хищники перестали их находить. При этом их сородичи всё ещё могли их учуять.
На острове Готланд произошёл похожий случай. Медоносные пчёлы столкнулись с нашествием клещей варроа, но очень быстро научились с ними бороться и стали устойчивыми к заражению.
Охотники часто ищут жертв по особым запахам, и если эти запахи меняются, охотникам становится сложнее находить добычу.
И что же дальше?
Нужно провести дополнительные исследования, чтобы понять:
- Как различия в белках между устойчивыми и неустойчивыми пчёлами влияют на размножение клещей варроа.
- Есть ли баланс между устойчивостью к клещам и общим здоровьем пчелиных семей.
- Как эти белки помогают общению между расплодом и взрослыми пчёлами.
Сейчас сложно сравнивать результаты разных исследований, потому что:
- Количество белков может различаться.
- Их состав меняется в зависимости от времени и места.
- Нет единого стандарта «нормального» профиля белков.
Дальнейшие шаги:
- Провести масштабное исследование белков с единой методикой.
- Изучить, как меняется состав белков при заражении клещами.
- Исследовать, как клещи выбирают себе хозяина.
- Проверить роль особых белков (белков теплового шока) в защите от клещей.
- Проанализировать работу генов и белков в критические моменты размножения клещей.
***
Это исследование показало важные различия в выработке белков у устойчивых и неустойчивых пчёл. Это создаёт основу для изучения того, как пчёлы приспосабливаются к клещам и как развивается эта система «хозяин — паразит».
Из статьи: "Уникальный эфирный профиль расплода в устойчивой к деструктору Варроа популяции европейской медоносной пчелы (Apis mellifera)", - Николас Скарамелла, Швеция, 2024 год.
Берегите своих пчёл!
Живите долго и будьте здоровы! Мира Вам!!!
P.S. Спасибо, что дочитали до конца! Буду рада видеть вас в числе моих подписчиков! В этом блоге вы найдёте много полезной информации!
P.S. Информация на моём канале носит только ознакомительный характер.
Поддержите автора лайком и комментарием! Вам не сложно, а мне приятно!