Феромон королевы галиктид подсказал рабочим остаться в гнезде

Ученые из Германии, Панамы и США впервые идентифицировали феромон королевы факультативно-эусоциального вида пчел семейства галиктид. Он указывает рабочим самкам, оставаться в гнезде или улетать. Более высокий уровень этого феромона коррелировал с плодовитостью королевы — и когда он был высоким, для остальных самок оставаться в гнезде было выгоднее, чем покидать его и размножаться самостоятельно. Работа опубликована в Proceedings of the Royal Society B.

У эусоциальных насекомых — медоносных пчел или муравьев — рабочие самки не могут стать королевами: их яичники недоразвиты, а их задача — обслуживать королеву и гнездо. Королевы выделяют феромоны, которые действуют как стабилизатор, поддерживая эту жесткую кастовую систему. У факультативно-эусоциальных видов социальность опциональна: самки не теряют репродуктивной функции и могут выбирать — оставаться в колонии в качестве рабочей особи или покинуть гнездо, чтобы основать свою колонию или жить в одиночку, не спариваясь и производя на свет только самцов. У таких насекомых репродуктивный конфликт намного острее, и королеве необходимо каким-то образом убедить дочерей остаться в гнезде. Но до сих пор у таких видов конкретные феромоны, которые бы регулировали поведение рабочих особей, описаны не были. 

В 2021 году команда ученых под руководством Уильяма Уисло (William T. Wcislo) в экспериментах с пчелами Megalopta genalis из семейства галиктид выявила три класса веществ, уровни которых выше у королев, чем у рабочих, — метилалканы, линейные алканы и макроциклические лактоны. Но функцию этих веществ тогда не проверили. Теперь те же исследователи провели ряд экспериментов с этими пчелами, чтобы идентифицировать феромон, который регулирует поведение рабочих. Из трех классов веществ-кандидатов только метилалканы вызывали у рабочих пчел подчиненное поведение — после контакта с бусиной, обработанной метилалканами, они отступали и подгибали брюшко. Затем ученые обработали королев в экспериментальных гнездах тем же феромоном, увеличив его уровень в четыре раза. Это подавляло развитие яичников их дочерей и повышало у них уровень ювенильного гормона.

Далее исследователи сравнили уровни феромона на кутикулах королев и одиночных самок на разных стадиях развития их расплода (личинки и куколки) и после вылупления молодых пчел. Уровни метилалканов не отличались до вылупления потомства, но резко возрастали уже в первый день у социальных королев. На десятый день уровень феромона королев вдвое превышал уровень одиночных самок, у которых вылупились самцы. Если же рабочих особей удаляли из гнезда, уровень феромонов королевы падал до уровня одиночной самки. 

Полевые наблюдения за 180 гнездами в течение двух лет показали, что уровень метилалканов у королевы связан со скоростью откладывания яиц. Вместе с тем более высокие уровни феромона повышали вероятность того, что ее дочери останутся в гнезде в качестве рабочих. С помощью изотопного мечения ученые продемонстрировали, что метилалканы строятся из тех же аминокислот, что и яйца. Таким образом, синтез феромона отнимает у королевы часть ресурсов, которые могли бы пойти на производство потомства. Это значит, что позволить себе высокий уровень феромона могут только те самки, у которых этого ресурса достаточно много.

Ученые заключили, что метилалканы у репродуктивных самок Megalopta genalis играют роль феромона, который служит честным сигналом для рабочих особей о том, что им выгодно остаться в гнезде, а не принуждает их к такому выбору. 

Иной механизм работает у эусоциальных млекопитающих — голых землекопов. Феромон их королев — изопропилмиристат — подавляет овуляцию у других самок и не дает тем размножаться.