يولد النحل الانفرادي بساعة داخلية وظيفية - على عكس نحل العسل

 

يولد النحل الانفرادي بساعة داخلية وظيفية - على عكس نحل العسل

بواسطة فرونتيرز

 أنثى نحلة البناء الانفرادية الحمراء داخل نظام مراقبة النشاط الحركي لتسجيل إيقاعات النشاط. الائتمان: المؤلفون

تطورت الحشرات الاجتماعية مثل نحل العسل والدبابير من النحل الانفرادي والدبابير ، على التوالي. السمة المشتركة للعديد من الحشرات الاجتماعية هي السلوك الخاص بالعمر: عندما تخرج من الخادرة ، يتخصص العمال عادةً في المهام على مدار الساعة داخل ظلام العش ، بدءًا من رعاية الحضنة. لكنهم يتحولون تدريجيًا نحو المزيد من المهام الدورية بعيدًا عن مركز العش عندما يكبرون - وبلغت ذروتها في البحث عن الطعام في الخارج ، حصريًا في وضح النهار ، في نهاية حياتهم. هنا ، وجد الباحثون دليلاً على أن هذا التحول من العمل على مدار الساعة إلى المهام الإيقاعية ، والذي لا يحدث في الحشرات المنفردة ، يبدو أنه مدفوع بنضج أبطأ للساعة "اليومية" الداخلية (أي الداخلية) لنحل العسل الاجتماعي مقارنةً بـ النحل الانفرادي.

وجدوا أنه في نحلة البنائين الحمراء الانفرادية Osmia bicornis ، حيث تتغذى الإناث من كل الأعمار لتوفير الغذاء للنسل ، تظهر الإناث والذكور بساعة يومية ناضجة تعمل بكامل طاقتها ، كما يتضح من إيقاع حركتهم على مدار 24 ساعة ونشاط خلايا الدماغ التي تنتج عامل تشتيت الصباغ البروتين "منظم ضربات القلب" (PDF).

"تشير نتائجنا إلى أن نضج الساعة البيولوجية يتأخر في نحل العسل الاجتماعي مقارنة بنحل البناء الانفرادي. ونتوقع أن النضج السريع للساعة البيولوجية هو حالة الأجداد وسيوجد في جميع أنحاء النحل الانفرادي والدبابير ، والتي تحتاج جميعها لتوفير العلف وتقديم رعاية الحضنة طوال فترة حياتها. على النقيض من ذلك ، قد يكون التأخير في النضج قد تطور بشكل ثانوي في الأنواع الاجتماعية ، لتمكين التحولات السلوكية المرتبطة بالعمر من رعاية الحضنة غير الدورية إلى البحث عن الطعام يوميًا ، كما تقول الدكتورة كاتارينا بير ، عالمة ما بعد الدكتوراه في قسم البيئة الحيوانية والبيولوجيا الاستوائية في Julius Maximilian Universitaet Wuerzburg ، ألمانيا. نُشرت دراستها ، التي أُجريت مع الأستاذة شارلوت هيلفريش فورستر ، رئيسة علم الأحياء العصبية وعلم الوراثة في جامعة جوليوس ماكسيميليان ، في مجلة Frontiers in Cell and Developmental Biology المفتوحة الوصول.

يعتبر نحل البناء الأحمر ملقحًا مهمًا للزراعة ، يحدث في جميع أنحاء أوروبا وشمال إفريقيا والشرق الأدنى. على عكس الحشرات الاجتماعية ، لا توجد طبقة عاملة عقيم: تقضي الإناث فترة الشتاء في عش الولادة لتخرج في الربيع ، وتتزاوج ، وتبني أعشاشًا جديدة في سيقان جوفاء. تتغذى الإناث على العديد من الأنواع النباتية المختلفة لحبوب اللقاح والرحيق ، والتي تخزنها داخل صف من الخلايا المغلقة ، وتضع بيضة واحدة لكل خلية.

جمعت Beer و Helfrich-Foerster النحل الذي ظهر حديثًا - 40 عاملاً (إناث) من أمشاط حضنة معزولة من نحل العسل (Apis mellifera) ، و 56 أنثى و 31 ذكرًا من شرانق عذراء معزولة من O. bicornis - ووضعوها داخل أنابيب منفصلة داخل محرك متحرك نظام مراقبة النشاط ، جهاز لتسجيل نشاط الفرد. تعبر أشعة الأشعة تحت الحمراء في مركز كل أنبوب ، والتي تنقطع كلما تحركت النحلة. من خلال تسجيل نمط النشاط ، في الظلام ودرجة حرارة ثابتة ، على مدار الساعة لمدة 3 إلى 45 يومًا بعد الظهور ، يمكن للباحثين اشتقاق إيقاع كل نحلة.

وأظهرت النتائج أن أيا من نحل العسل لم يظهر حشرة تلقائية. إيقاع 24 ساعة فور الخروج من الخادرة - بغض النظر عن درجة التلامس مع مستعمرة الولادة - بينما فعل 88٪ من إناث وذكور O. bicornis ذلك. 12٪ من O. bicornis الذين لم يمتوا صغارًا. ولكن بمرور الوقت ، في عمر يومين على الأقل ، طور كل نحل عسل أيضًا ca. إيقاع 24 ساعة. استنتج بير وهيلفريش فورستر أن نحل O. bicornis المنفرد ، وليس نحل العسل الاجتماعي ، يظهر بساعة يومية وظيفية داخلية.

ما هو الأساس العصبي لهذا الاختلاف؟ للإجابة على هذا السؤال ، استخدم الباحثون الكيمياء الهيستولوجية المناعية لمقارنة نضج الخلايا العصبية التي تصنع PDF ، في النوعين. في دماغ الحشرات ، تعمل مجموعة من الخلايا المتخصصة تسمى الخلايا العصبية البطنية الجانبية كمنظم لضربات القلب البيولوجية ، وتفرز دفعات من PDF ، وهو ما يسمى بالمعدِّل العصبي الذي يؤثر على نشاط الجهاز العصبي المركزي. من خلال تلطيخ أدمغة مشرحة وثابتة بجسمين مضادين ، الأول الذي يتعرف على PDF والثاني ، المسمى بعلامة الفلورسنت ، المرتبط بالأول ، يمكن لـ Beer و Helfrich-Förster حساب الخلايا العصبية المنتجة لـ PDF في كل نصف كرة دماغية في أعمار مختلفة قبل ظهوره مباشرة إلى أربعة أسابيع بعد ذلك. لقد أظهروا أن هذه الزيادة المطردة في العدد مع تقدم العمر في نحل العسل ، ولكن ليس في O. bicornis.

استنتج المؤلفون أن جهاز تنظيم ضربات القلب اليومي ناضج تمامًا في O. bicornis الذي ظهر حديثًا ، ولكنه يحتاج إلى التطور ليصبح نشطًا بالكامل في نحل العسل ، موضحين سبب عدم إظهار نحل العسل الصغير حتى الآن إيقاعًا يوميًا. من المحتمل أن يكون هذا التأخير في النضج تكيفًا تطوريًا مع المجتمع ، حيث يحتاج النحل الصغير إلى الانخراط في رعاية أشقائهم غير الناضجين على مدار الساعة.

"سيكون من المثير للاهتمام إجراء دراسات مماثلة على الحشرات الاجتماعية الأخرى مثل النمل ، والتي لها أشكال مختلفة من السلوك الاجتماعي: فبعضها يظهر سلوكًا مرتبطًا بالعمر كما هو الحال في نحل العسل ، بينما البعض الآخر لا يفعل ذلك. للساعة الذاتية المتعلقة بالبنى الاجتماعية المختلفة لأنواع النمل هذه ، فإن هذا سيدعم فرضيتنا بقوة "، كما تستنتج هيلفريش فورستر.