Eine Honigbiene mit zwei Vätern und keiner Mutter

Eine weibliche Honigbiene mit zwei Vätern - und keiner Mutter - wurde entdeckt; die erste ihrer Art in der Natur beobachtet

von GrrlScientist für Forbes | @GrrlScientist

Arbeiterin Honigbiene (Apis mellifera). (Bildnachweis: Cumnor Hill, Sharp Photography / CC BY-SA 3.0)

Ein Team von Wissenschaftlern entdeckte eine weibliche Honigbiene, die zwei Väter - und keine Mutter - hat, die erste ihrer Art, die in der Natur beobachtet wurde. Weibliche Bienen, Ameisen und Wespen (Hymenoptera) entstehen aus befruchteten Eiern, die einen Chromosomensatz von jedem Elternteil haben. während Männchen aus unbefruchteten Eiern resultieren. Bei Honigbienen haben Frauen - Königinnen und Arbeiter - insgesamt 32 Chromosomen, während Männer (Drohnen) nur halb so viele haben.

"Per Definition ist das Männchen bei allen Haplodiploiden (Bienen, Ameisen und Wespen) haploide - aus einem unbefruchteten Ei hergestellt, was bedeutet, dass es nur einen Chromosomensatz von seiner Mutter hat", sagte die Molekularbiologin Sarah Aamidor, Hauptautorin der Studie und ein Doktorand in Biologie an der Universität von Sydney, per E-Mail.

Das haplodiploide Geschlechtsbestimmungssystem ermöglicht die Entwicklung einer bemerkenswerten Vielfalt biologischer Phänomene, einschließlich des Klonens von Frauen, des Klonens von Männern und der Gynandromorphie. Ein Gynandromorph hat sowohl männliche als auch weibliche Eigenschaften und eine Mischung aus Gewebe beider Geschlechter (ref). Gynandromorphe unterscheiden sich von Hermaphroditen, die sowohl männliche als auch weibliche Fortpflanzungsorgane haben.

Bei Honigbienen entwickeln sich Gynandromorphe typischerweise aus der Kombination einer diploiden Zygote und eines haploiden männlichen Gewebes, das aus einem zweiten Sperma stammt (ref & ref). Dies wird durch die Tatsache ermöglicht, dass Honigbienen polyspermisch sind, eine Situation, in der mehr als ein Sperma in die Eizelle gelangt und mit dem anfänglichen Zellcluster verschmilzt. Diese Zellen beginnen sich dann zu teilen und bilden Gewebe, die Teil des sich entwickelnden Embryos werden.

Aber was verursacht eine gynandromorphe Honigbiene? Dies war eine der Fragen, die Frau Aamidor und ihre Kollegen dazu motivierten, diese Studie (ref) mit einigen „abnormalen Bienen“ durchzuführen, die von einem anderen Forscher während der Durchführung einer früheren Studie gesammelt wurden.

Europäische Honigbienen (Apis mellifera) in Australien. (Bildnachweis: CSIRO / CC 3.0)

„Diese Bienen waren seltsam, weil sie Gynandromorphe (Sexmosaike) sind: Sie haben Teile, die männlich aussehen, und Teile, die weiblich aussehen“, twitterte der Co-Autor der Studie, Isobel Ronai, der zu dieser Zeit ein Doktorand an der Universität von Sydney war auf Twitter (Thread). "Zum Beispiel sind männliche Honigbienenaugen viel größer als weibliche Augen und dieser Gynandromorph hat ein männliches Auge auf einen weiblichen Körper."

Männliche Honigbienenaugen sind viel größer als weibliche Augen und dieser Gynandromorph hat ein männliches Auge auf einen weiblichen Körper. (Bildnachweis: Aamidor & Ronai, 2018, via Twitter.)

Obwohl Gynandromorphe aus einer seltenen genetischen Mutation resultieren können, ist nicht klar, wie und warum sie auftreten. Ist es temperaturabhängig? Ein Entwicklungsunfall? Oder … ?

Um herauszufinden, was Gynandromorphe bei Honigbienen verursacht, und um die Flexibilität der Honigbienenreproduktion besser zu verstehen, sezierten Frau Aamidor und ihre Mitarbeiter 11 neu entstandene mutmaßliche gynandromorphe Honigbienen aus einer einzigen Kolonie und untersuchten die Morphologie verschiedener Gewebe in jeder Biene, um ihr Geschlecht zu identifizieren.

"Sarah und ich verbrachten einige lustige Tage zusammen, um diese seltsamen Bienen zu sezieren", twitterte Dr. Ronai. "Sarah analysierte später das Gewebe mit einer Gentechnik unter Verwendung von Mikrosatelliten, um die Mutter und den Vater dieser Bienen zu bestimmen - dieselbe Technik wird für Vaterschaftstests beim Menschen verwendet."

Frau Aamidor und ihre Mitarbeiter fanden bei diesen seltsamen Bienen eine „zufällige Mischung“ männlicher und weiblicher Organe. Sie entdeckten auch, dass fünf der Gynandromorphen normale Eierstöcke hatten.

"Außerdem hatten drei Bienen eher große, königinnenähnliche Eierstöcke als kleine Arbeiter-Eierstöcke", twitterte Dr. Ronai.

Nur ein Gynadromorph hatte normale männliche Fortpflanzungsorgane, während zwei andere teilweise Fortpflanzungsorgane hatten.

"Sarah und ich hatten alle Bienen seziert, die wirklich seltsam aussahen, und ich sagte zu ihr, wir sollten die letzte Biene sezieren, eine normal aussehende Frau aus derselben Kolonie, damit wir die Anatomie vergleichen können", twitterte Dr. Ronai. "Nach der Präparation wurde die Biene als Kontrolle zu Sarahs genetischer Analyse hinzugefügt."

Die genetische Analyse ergab, dass neun der 11 Gynandromorphen entweder zwei oder drei Väter hatten. Erstaunlicherweise hatte ein Gynandromorph - die scheinbar normale weibliche Kontrolle - tatsächlich zwei Väter und keine Mutter - ein Ereignis, das nur aus einer Spermienfusion resultieren konnte.

"Sarahs genetische Analyse der Gynandromorphen ergab auch, dass eine Biene 4 Eltern hatte (drei Väter und eine Mutter)!" Dr. Ronai twitterte.

„Zur Verdeutlichung zeigt Sarahs Diagramm die morphologische und genetische Zusammensetzung der 11 Bienen. Weibliches Gewebe (rot) und männliches Gewebe (blau). Die Gonaden jeder Biene sind durch verschiedenfarbige Wolken gekennzeichnet. Jeder Vater (14x) wird durch ein andersfarbiges Sperma dargestellt. Mutter mit Krone gezeigt “, fügte Dr. Ronai in einem weiteren Tweet hinzu.

Zusammenfassung der Abstammung der 11 seltsamen Honigbienen. (Bildnachweis: Sarah Aamidor, mit freundlicher Genehmigung von Isobel Ronai über Twitter.)

"Dies ist der erste Bericht über ein Phänomen einer Biene mit zwei Vätern und keiner Mutter in Hymenopteren", schloss Frau Aamidor.

"Die weibliche Biene, deren zwei Väter durch die Fusion zweier Spermien entstanden sind, ist die erste, über die bei Haplodiploiden berichtet wurde, und stellt ein interessantes Phänomen dar, da Versuche, zwei Spermien bei Säugetieren zu fusionieren, nicht als möglich befunden wurden", erläuterte Frau Aamidor in E-Mail.

Dieser Befund unterstreicht die Flexibilität für die Fortpflanzung sozialer Insekten und potenziell neuartige soziale Strukturen auf Kolonieebene.

„Wir zeigen hier, dass Individuen aus drei und sogar vier elterlichen Ursprüngen bestehen (eine Mutter und zwei bis drei Väter), die immer noch eine lebende Biene hervorbringen“, betonte Frau Aamidor in einer E-Mail.

Diese Studie erweitert unser begrenztes Verständnis der wirklich ungewöhnlichen Möglichkeiten, wie sexuelle Tiere ihr Genom verschmelzen können.

Bieten Gynandromorphe Honigbienen einen evolutionären Nutzen?

"Gynandromorphe haben keinen evolutionären Vorteil", antwortete Frau Aamidor. "Wir nehmen an, dass Gynandromorphe genetische Fehler sind." Laut Frau Aamidor wird angenommen, dass die Königin die Mutation trägt, wenn eine große Anzahl von Gynandromorphen in einem einzigen Bienenstock gefunden wird.

Eine andere Gruppe von Hymenopteren, die Ameisen, können einen evolutionären Nutzen aus Gynandromorphen ziehen.

"Bei Ameisen wurde vermutet, dass Gynandromorphe die Entwicklung der dimorphen Arbeiterabgüsse vorangetrieben haben könnten", fügte Frau Aamidor in einer E-Mail hinzu. "Aber es ist unwahrscheinlich, dass dies bei Honigbienen der Fall ist, da es nur einen Arbeitertyp gibt."

Gynandromorphe wurden auch bei anderen Arten beobachtet, einschließlich anderer Insekten (ich habe hier über Schmetterlingsgynandromorphe geschrieben), einiger Krebstiere und einiger Vogelarten (ich habe hier, hier und hier über Gynandromorphie bei Vögeln und anderen Tieren geschrieben) . In keinem Fall wurde jedoch jemals eine genetische Mutation identifiziert, die die Entwicklung von Gynandromorphen auslöst.

"Über diese bereits bekannten Beispiele hinaus gibt es wahrscheinlich ebenso außergewöhnliche soziale Systeme, die noch nicht identifiziert oder gar vorgestellt wurden", schrieben Frau Aamidor und ihre Mitarbeiter.

Quelle:

Sarah E. Aamidor, Boris Yagound, Isobel Ronai und Benjamin P. Oldroyd (2018). Sexmosaike in der Honigbiene: Wie Haplodiploidie die Entwicklung neuartiger Fortpflanzungsformen in sozialen Hymenopteren ermöglicht, Biology Letters, online veröffentlicht am 28. November 2018 vor dem Druck | doi: 10.1098 / rsbl.2018.0670

HINWEIS: Dieses Stück wurde am 29. November 2018 bearbeitet, um Isobel Ronais getwitterte Kommentare und Bilder aufzunehmen.

Ursprünglich veröffentlicht in Forbes am 28. November 2018.