Koninginnen van angelloze bijensoorten (Meliponini) staan ​​voor een reproductief dilemma. Als ze paren met mannen waarmee ze hetzelfde geslachtsbepalingsgen blijken te delen, de helft van hun nakomelingen zal bestaan ​​uit mannen, en het personeelsbestand van de kolonie zal met de helft afnemen, gezien het feit dat in feite alleen de vrouwtjes arbeiders zijn.

In aanvulling, mannetjes met zowel vaderlijk als moederlijk (diploïde) genetisch materiaal als gevolg van deze ongelukkige keuze van de koningin consumeren alleen de middelen die door arbeiders zijn verzameld en zijn meestal steriel, bijdragen aan verminderde reproductieve kansen voor de kolonie. Een onderzoeksproject ondersteund door de São Paulo Research Foundation (FAPESP) waarbij een team van wetenschappers van universiteiten van Brazilië betrokken is, België, en het Verenigd Koninkrijk laat zien dat de opkomst van diploïde mannetjes uit dit soort paring ook leidt tot de dood van de koningin in kolonies van de angelloze bijensoort Scaptotrigona depilis.

Volgens Ayrton Vollet-Neto, eerste auteur van de studie, de resultaten suggereren dat dit gedrag gemeenschappelijk kan zijn voor alle soorten angelloze bijen, omdat het voorkomt in fylogenetisch verre geslachten.

Een mogelijke verklaring voor de dood van een koningin die niet voldoet aan de rol van het handhaven van een evenredig aantal werkbijen in de kolonie, is dat een vervangende dochterkoningin in staat zal zijn om te paren en het voortbestaan ​​van de kolonie te verzekeren. Anders, de meest waarschijnlijke uitkomst zou de dood van de kolonie zijn. "Als de koningin snel wordt gedood, ze kan worden vervangen door een dochter die de kans krijgt om te paren met een man die niet hetzelfde geslachtsallel heeft, ' zei Vollet-Neto.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in de Tijdschrift voor chemische ecologie .

Genetisch ongeval beschadigt mannelijke prole control

Vollet-Neto legt uit dat vrouwelijke angelloze bijen het geslacht van hun nakomelingen kunnen kiezen, een eigenschap die ze delen met alle insecten in de orde Hymenoptera, waaronder mieren en wespen, evenals bijen.

Stingless bijenkoninginnen paren slechts één keer in hun hele leven. Dit gebeurt als ze heel jong zijn. Ze slaan sperma op in de spermatheca, een orgaan in de buik. Bij het bevruchten van eicellen met spermatozoa uit de spermatheca, ze genereren diploïde vrouwtjes, die twee kopieën van elk gen (één van elke ouder) in hun cellen hebben.

Als koninginnen mannetjes willen voortbrengen, ze sluiten een kanaal in de spermatheca af om te voorkomen dat de eitjes bevrucht worden. Haploïde mannetjes (met alleen maternale genen) komen uit onbevruchte eieren. "Insecten in de orde Hymenoptera verschillen van andere insecten en van mensen met betrekking tot geslachtsbepaling omdat mannetjes geen vader hebben en uit onbevruchte eieren komen, ' zei Vollet-Neto.

Echter, het geslachtsbepalingsmechanisme bij angelloze bijen kan falen. Door een ongelukkige kans, de koningin kan paren met een mannetje wiens genetische samenstelling leidt tot de productie van diploïde mannetjes in plaats van vrouwtjes, hij legde uit.

De reden is dat geslachtsbepaling in Hymenoptera doorgaans wordt gecontroleerd door een complementair geslachtsbepaling (CSD) gen, die al dan niet twee allelen (kopieën) heeft. Bovendien, als er twee allelen zijn, ze kunnen identiek of verschillend zijn. Als er maar één allel is, het resultaat is een man. Als er twee verschillende allelen zijn in een diploïde man, het resultaat is een vrouw. Als er twee identieke allelen zijn, het resultaat is een ander diploïde mannetje in plaats van een vrouwtje.

"Als er twee identieke kopieën van het CSD-gen zijn, de fysiologie van het insect interpreteert het als het hebben van slechts één. Dit resulteert in een diploïde man, " legde Vollet-Neto uit.

"Mannelijke stank" veroorzaakt rellen in de kolonie

Om het probleem te verhelpen dat ontstaat wanneer de koningin een partner kiest met hetzelfde geslachtsallel, de werkers van de honingbij Apis mellifera, bijvoorbeeld, zijn in staat om diploïde mannelijke larven vroeg in hun ontwikkeling te detecteren en te doden. Dit voorkomt een verspilling van middelen en tijd die zou worden geïnvesteerd in het grootbrengen van ze zonder rendement voor de kolonie.

In het geval van angelloze bijen, er is weinig bewijs van dergelijk gedrag. Werknemers hebben geen toegang tot broedcellen om onrijpe diploïde mannetjes te elimineren, omdat de cellen na het leggen van eitjes worden verzegeld en alle middelen bevatten die larven nodig hebben om zich te ontwikkelen.

Om de hypothese te testen dat angelloze bijen ook manieren hebben om de gevolgen van diploïde mannelijke productie te verhelpen, de onderzoekers voerden een experiment uit waarbij ze koninginnen verwijderden uit kolonies van S. depilis waar diploïde mannetjes op het punt stonden uit te komen en ze vervingen door "gezonde" koninginnen, die geen nakomelingen met deze eigenschap voortbracht.

Het experiment toonde aan dat alle "gezonde" koninginnen die werden geïntroduceerd in de kolonies waar diploïde mannetjes op het punt stonden te verschijnen, binnen 10-20 dagen stierven, terwijl koninginnen die in 20 controlekolonies werden geïntroduceerd zonder diploïde mannelijke opkomst niet stierven.

"Deze 'gezonde' koninginnen waren niet verantwoordelijk voor het produceren van de diploïde mannetjes die in de koloniën opkwamen, dus de conclusie die we trokken was dat hun dood werd bepaald door de opkomst van diploïde mannetjes, ' zei Vollet-Neto.

Op basis van deze bevinding, de onderzoekers testten vervolgens de hypothese dat de cuticulaire koolwaterstofprofielen van diploïde mannetjes op de een of andere manier dienden als een chemisch signaal voor de executie van de koningin.

De cuticula is een extracellulaire laag die het buitenoppervlak van sociale insecten volledig bedekt. Cuticulaire koolwaterstoffen fungeren als een chemische handtekening voor elk individu in de kolonie.

Om hun hypothese te testen, de onderzoekers vergeleken de chemische profielen van diploïde en haploïde mannen op nul, vijf en tien dagen oud. Analyse met behulp van gaschromatografie in combinatie met massaspectrometrie toonde aan dat het cuticulaire koolwaterstofprofiel van diploïde mannetjes significant verschilde van dat van haploïde mannetjes naarmate ze ouder werden en dat dit ongeveer 10 dagen na opkomst gebeurde - precies toen de koninginnen begonnen te sterven.

"Dit suggereert dat mannelijke chemische profielverschillen kunnen fungeren als signalen om de dood van de koningin te veroorzaken, "Zei Vollet-Neto. "Maar er is meer onderzoek nodig om deze hypothese te bevestigen of te weerleggen."