Forskare vid Heinrich Heine-universitetet i Düsseldorf (HHU) undersökte tillsammans med kollegor från Frankfurt, Oxford och Würzburg hur honungsbins ( Apis mellifera ) komplexa, kooperativa beteende är genetiskt programmerat så att det kan föras vidare till efterföljande generationer. De fann svaret i den så kallade dubbelkönsgenen (dsx).
Beteendemässiga interaktioner mellan organismer är grundläggande och ofta medfödda. Varje människa och varje djur interagerar på ett eller annat sätt genom sitt beteende med andra individer i sin sociala grupp. I djurriket ger detta betydande fördelar när det gäller att samla föda, skydda sig mot rovdjur och uppfostra avkomma.
Hos vissa djur, som till exempel honungsbin, är de sociala banden så uttalade att enskilda bin bildar ett nära sammansvetsat samhälle. Tillsammans fungerar de som en enda "superorganism". Tusentals arbetsbin skyddar, genom sitt individuella beteende, hela kolonin, matar den och tar hand om yngeln.
Prof. Dr. Martin Beye, chef för Institutet för evolutionär genetik vid HHU och korresponderande författare till studien som nu publiceras i Science Advances, betonar: "Det enskilda biets beteenderepertoar och den gemensamma kolonifunktionen är inte inlärda, utan ärftliga. Det var dock tidigare okänt hur sådana komplexa beteenden är genetiskt kodade."
Forskare vid HHU under ledning av Beye och huvudförfattaren Dr. Vivien Sommer har, tillsammans med kollegor från universiteten i Frankfurt/Main, Oxford och Würzburg, nu upptäckt att en speciell gen, kallad dsx, kodar för arbetarspecifikt beteende.
Sommer: "Genen programmerar om en arbetare tar på sig en uppgift i kolonin och hur länge hon gör det. Detta inkluderar till exempel aspekter av gemensamt arbete som att ta hand om larverna eller anskaffning och socialt utbyte av mat."
I sina studier modifierade eller inaktiverade biologerna dsx-genen hos några bin med hjälp av genredigeringstekniken CRISPR/Cas9. De märkte de modifierade bina med en QR-kod och övervakade sedan deras beteende i kupan med kameror. De resulterande videosekvenserna analyserades med AI-stöd, vilket möjliggjorde att binas individuella beteendemönster kunde bestämmas.
Sommer: "Vår centrala fråga var om och hur de medfödda beteendemönstren förändras till följd av genmodifieringen. Sådana förändringar måste återspeglas i arbetarnas nervsystem, där kontrollprogrammen för beteendet exekveras."
Forskarna integrerade så kallat grönt fluorescerande protein (GFP) i dsx-sekvensen, så att GFP producerades tillsammans med dsx-proteinet. Detta gjorde det möjligt att visualisera de neuronala kopplingarna hos både de omodifierade bina och de med genetiska modifieringar med hjälp av fluorescensmikroskopi. "Med dessa verktyg kunde vi se exakt vilka signalvägar i hjärnan som dsx-genen skapar, vilket i sin tur reglerar honungsbinas medfödda beteendemönster", säger doktoranden Jana Seiler, också medförfattare till studien.
”Resultaten pekar på ett grundläggande genetiskt program som bestämmer den neuronala kopplingen och beteendet hos arbetarbiet”, säger professor Dr. Wolfgang Rössler från professorn i beteendefysiologi och sociobiologi, en samarbetspartner vid Würzburgs universitet.
I nästa steg vill forskarna ta steget från det individuella honungsbiet till den superorganism som bikolonin är. Alina Sturm, också doktorand vid HHU och medförfattare, säger: "Vi hoppas kunna hitta sambandet mellan individuell programmering och många individers samordnade beteende."
ursprungliga publikation
Vivien Sommer, Jana Seiler, Alina Sturm, Sven Köhnen, Anna Wagner, Christina Blut, Wolfgang Rössler, Stephen F. Goodwin, Bernd Grünewald, Martin Beye. Dedikerad utvecklingsprogrammering för gruppstödjande beteenden hos eusociala honungsbin. Science Advances (2024).
Läs också
