(NguyenDucQuang/iStock/Getty Images) Bei Bienenstöcken des afrikanischen Tieflandes Honigbiene ( Apis mellifera scutella ) zusammenbrechen, tun sie dies aufgrund einer unsichtbaren inneren Bedrohung: des Wachsenden, Unsterblichen Klon Armee einer rivalisierenden Bienenunterart.
Diese Armee ist möglich, weil die weiblichen Arbeiterinnen der rivalisierenden Unterart – der südafrikanischen Kaphonigbiene ( Apis mellifera capensis ) – können perfekte Kopien von sich selbst erstellen, wobei eine Person dies in den letzten drei Jahrzehnten millionenfach getan hat.
Mit dieser Fähigkeit zum ständigen Klonen schleichen sich die Kap-Honigbienen in die Bienenstöcke ihrer Tiefland-Honigbienen-Rivalen und produzieren eine Kopie nach der anderen (keine Königin erforderlich). Schlimmer noch: Diese Klone sind Trittbrettfahrer und verweigern jegliche Arbeit.
Jetzt hat eine neue Studie die genetischen Grundlagen dieser seltsamen und beeindruckenden Anpassung enthüllt.
Im Gegensatz zu den meisten Tieren und sogar ihrer eigenen Königin mischen die Arbeiterinnen die Tiere nicht neu DNA der Eier, die sie legen. Dies ermöglicht es den Arbeitern, bei jeder Reproduktion stets eine perfekte Kopie ihrer selbst – einen Klon – neu zu erstellen.
Den Forschern zufolge ist die Umgehung dieses DNA-Neuordnungsprozesses anders als alles, was sie jemals gesehen haben.
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'Es ist unglaublich. „Es ist auch unglaublich dysfunktional“, sagte Hauptautor Benjamin Oldroyd, Professor für Verhaltensgenetik an der Universität Sydney, gegenüber Live Science und verwies auf die Tatsache, dass normalerweise eine Neuanordnung erforderlich ist, um die Chromosomen während des Eiproduktionsprozesses zusammenzuhalten.
„Aber irgendwie haben sie es geschafft [immer noch Eier zu legen]. Das ist verrückt; „So etwas habe ich noch nirgendwo gehört.“
Honigbienenarbeiterinnen und andere soziale Insekten haben die Fähigkeit, sich über eine Form der asexuellen Fortpflanzung namens Thelytokous-Parthenogenese zu vermehren, bei der Weibchen aus unbefruchteten Eiern weibliche Nachkommen hervorbringen.
Jedes Mal, wenn sie Nachkommen erzeugt, repliziert die alleinerziehende Arbeiterbiene die Chromosomen, die sie von ihren Eltern (einer Königin und einer männlichen Drohne) erhalten hat, in vier Teile.
Als nächstes entnimmt sie das genetische Material aller vier Chromosomen, mischt es neu und erzeugt mit dieser gemischten DNA durch einen Prozess namens Rekombination vier Chromosomen.
Diese Neuordnung garantiert, dass zukünftige Nachkommen genetisch unterschiedlich sind, selbst wenn nur ein Elternteil vorhanden ist.
Da jedoch nur zwei der vier Chromosomen ausgewählt werden und kein neues genetisches Material von einem Sexualpartner eingeführt wird, führt dies zu einem durchschnittlichen Verlust von einem Drittel der genetischen Vielfalt jedes Mal, wenn die Neuordnung durchgeführt wird, oder in jeder Generation, sagte Oldroyd .
Bereits nach wenigen Generationen parthenogenetischer Fortpflanzung führt der akkumulierte Verlust an genetischem Material dazu, dass die genetische Vielfalt so gering ist, dass sie tödlich ist.
Die meisten sozialen Insekten sind daher auf eine Königin angewiesen, die sich in ihrem Namen sexuell fortpflanzt. Im Gegenzug erhalten die genetisch vielfältigen Arbeiterinnen die Gesundheit der Kolonie und schützen die Brut ihrer eng verwandten Geschwister und Cousins.
„Es ist wie in einer menschlichen Gesellschaft, wir haben diese Spannung zwischen dem, was für den Einzelnen gut ist, und dem, was gut für die Gesellschaft ist, und wir entwickeln all diese sozialen Normen, die es uns ermöglichen, zu funktionieren“, sagte Oldroyd. „In Honigbienengesellschaften hat sich eines der Dinge entwickelt, um egoistisches Verhalten zu unterdrücken: [dass] die Arbeiter im Allgemeinen keine Eier legen können.“
Dies gilt vor allem für die Kaphonigbiene, die sich laut Oldroyd im Großen und Ganzen an die üblichen Regeln der sozialen Insektenreproduktion hält.
Aber Honigbienenarbeiterinnen am Kap haben eine genetische Mutation, die es ihnen ermöglicht, Eier parthenogenetisch mit dem gesamten genetischen Material der vier Chromosomen zu legen (sie werfen also keines dieser Chromosomen irgendwie weg). Mit dieser Fähigkeit können sie den unmittelbaren Verlust der genetischen Vielfalt verhindern, der durch den Umstrukturierungsprozess verursacht wird.
Dies ermöglicht es ihnen, sich jahrzehntelang zu klonen, wann immer sie wollen, auch wenn das Klonen auf viel längere Sicht zu einer Population führt, die insgesamt keine genetische Vielfalt aufweist.
Diese Klon-Supermacht bringt Kolonien auf ein viel feineres Gleichgewicht zwischen Individualismus und Sozialität. Und wenn sie umkippen, könnten sie vom Aussterben bedroht sein, so die Forscher.
Um zu verstehen, wie die Klone Millionen von Kopien von sich selbst erstellen und dennoch funktionsfähig bleiben können, verglichen Oldroyd und sein Team die Genome der Honigbienenarbeiterinnen am Kap mit denen ihrer Königin und ihrer Nachkommen.
Nachdem das Team die Kapkönigin zur ungeschlechtlichen Fortpflanzung gezwungen hatte, indem es ihr ein chirurgisches Klebeband anbrachte, das sie an der Paarung hinderte, untersuchte es bestimmte DNA-Sequenzen sowohl der Kapkönigin als auch der 25 von ihr produzierten Larven. Dann machten sie dasselbe für vier Arbeiterinnen der Kap-Honigbienen und ihre 63 Larven.
Das Team entdeckte, dass die ungeschlechtlich reproduzierten Nachkommen der Königin ein 100-mal höheres Maß an Rekombination (DNA-Mischung) aufwiesen als die genetisch identischen geklonten Nachkommen der Arbeiterinnen – ein Befund, der darauf hindeutet, dass die Kap-Arbeiterbienen eine Mutation entwickelt haben, die eine Rekombination verhindert.
Ohne das Risiko eines Verlusts von einem Drittel des genetischen Materials, der durch den asexuellen Umbesetzungsprozess verursacht wird, steht es den Arbeitern frei, kontinuierlich perfekte Kopien von sich selbst zu erstellen.
Die Fähigkeit der Arbeiterinnen, nach Belieben zu klonen, bringt ihre Kolonien in eine viel prekärere Lage, insbesondere wenn die Königin die Königin verlässt oder stirbt und die alte Gesellschaftsordnung zusammenbricht. Anstatt Energie aufzuwenden, um die Kolonie wieder auf die Beine zu bringen, werden sich die Arbeiter egoistischen Plänen widmen – etwa der Suche nach Möglichkeiten, ihre Klone in Machtpositionen zu bringen.
„Wenn man zum Beispiel die Königin wegnimmt, anstatt eine neue Königin großzuziehen, wie es bei anderen Bienenarten der Fall wäre, fangen diese Bienen einfach an, selbst Eier zu legen“, sagte Oldroyd.
„Es gibt auch Zellen, sogenannte Königinnenzellen, in denen die Königin die Eier mit künftigen Königinnen ablegt.“ Es ist durchaus möglich, dass eine Arbeiterin aus einer anderen Kolonie einfliegt oder eine der bestehenden Arbeiterinnen dieser Kolonie kommt und das Königin-Ei durch eines ihrer Klon-Eier ersetzt. Auf diese Weise können sie genetisch als Königin wiedergeboren werden.“
Aber eine Abstammungslinie der Kapbienenarbeiter hat dieses sozialparasitäre Verhalten sogar noch weiter vorangetrieben, bis zu dem Punkt, an dem sie keine Königin mehr benötigen und nur noch dadurch existieren, dass sie die Bienenstöcke der afrikanischen Tieflandhonigbiene übernehmen.
Mitglieder eines einzigen Zweigs der geklonten Kapbienenarbeiter schleichen sich in die Bienenstöcke der afrikanischen Tieflandbienen ein, die häufig für landwirtschaftliche Zwecke genutzt werden, und legen so viele Eier wie möglich, die die afrikanischen Tieflandbienen mit ihren eigenen Eiern und ihren eigenen Eiern verwechseln.
Die parasitären Klonlarven der Kapbienen sind auf diese List hereingefallen und senden sogar Signale an ihre unglücklichen Wirte, um sie so viel wie möglich zu füttern. Dieses kuckucksartige Verhalten ermöglicht es ihnen, ihren Körper und ihre Eierstöcke fast auf die Größe einer Königin heranwachsen zu lassen.
„Die Kapbienenklone verrichten in diesen Bienenstöcken keine Arbeit, weil sie sich fortpflanzen“, sagte Oldroyd. „Sie stolzieren einfach mit der Einstellung herum: ‚Ja, du wirst für mich arbeiten.‘ Dies führt sehr schnell zum Zusammenbruch des Bienenstocks. Als Individuen sind diese Klone ziemlich dysfunktional, sodass man davon ausgehen kann, dass sie aussterben. Aber in dieser Hinsicht ähneln sie den Zellen in einem Tumor – es spielt keine Rolle, ob jeder Klon gesund ist, solange genug davon vorhanden sind, um den Wirt auszunutzen.“
Laut Oldroyd sind die Kapbienenarbeiterinnen, die an diesem parasitären Verhalten beteiligt sind, genetisch identische Nachkommen einer einzelnen Arbeiterin, die im Jahr 1990 lebte.
Diese einzige Abstammungslinie von Klonen ist jedes Jahr für den Zusammenbruch von 10 Prozent der afrikanischen Tieflandhonigbienenvölker verantwortlich.
Nachdem die Forscher nun im Griff haben, wie die Arbeiterinnen ihren bizarren Klontrick umsetzen können, wollen sie herausfinden, wie Königinnen das Gen einschalten können, das die Rekombination ermöglicht, und wie die Arbeiterinnen es ausschalten können.
Sie wollen auch die von Kapbienenarbeitern parasitierten Bienenstöcke im afrikanischen Tiefland untersuchen, um herauszufinden, was den Zusammenbruch des Bienenstocks auslöst.
Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse am 9. Juni in der Zeitschrift Verfahren der Royal Society B .
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Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Live-Wissenschaft . Lies das Originalartikel hier .