Биологи из Университета штата Пенсильвания определили механизм, с помощью которого рабочие шмели регулируют появление новых маток в колонии. Результаты исследования, опубликованные в журнале «Insect Biochemistry and Molecular Biology», меняют представление об иерархии в гнездах этих насекомых. Как выяснилось, генетически идентичные личинки становятся бесплодными рабочими особями или крупными фертильными матками под воздействием внешних факторов, главным из которых является состав пищи.
В ходе экспериментов с распространенным в Северной Америке шмелем Bombus impatiens ученые установили, что ключевую роль в дифференциации играет ювенильный гормон. Ранее предполагалось, что развитие будущих королев определяется исключительно генетической предрасположенностью. Однако опытным путем было доказано, что рабочие особи самостоятельно регулируют уровень этого гормона в питательной смеси из нектара и пыльцы, которой они выкармливают потомство.
Примечательно, что прямая обработка личинок гормоном в обход рабочих особей не дала результатов – шмели-сиделки просто уничтожали таких личинок. Процесс трансформации запускается только тогда, когда гормон поступает в корм через организм взрослых рабочих шмелей. При этом существует строго ограниченный период чувствительности – седьмой и восьмой дни развития личинки. Если доза гормона увеличивается именно в это время, у личинки активируется биологический переключатель, приводящий к формированию матки.
Сезонная динамика этого процесса напрямую связана с жизненным циклом колонии. В конце теплого сезона, когда гнездо достигает пика развития, уровень ювенильного гормона у рабочих шмелей естественным образом повышается. Это стимулирует массовое выкармливание новых маток, которые после спаривания уходят в зимнюю спячку (диапаузу), чтобы весной основать новые семьи.
Понимание этих биологических механизмов имеет важное прикладное значение. Шмели являются ключевыми опылителями как дикорастущих растений, так и многих сельскохозяйственных культур. Расшифровка сигнальных путей, определяющих репродуктивную структуру колонии, позволит оптимизировать технологии промышленного разведения шмелей. Это особенно актуально для поддержки тепличных хозяйств и сохранения стабильности экосистем в условиях общего снижения численности насекомых-опылителей.
