Kollektive Verhaltensweisen gibt es bei vielen verschiedenen Tiergruppen: Fischschwärme, die in einem wirbelnden Muster zusammenschwimmen, große Vogelschwärme, die durch die Nacht ziehen, Bienengruppen, die ihr Verhalten koordinieren, um ihren Bienenstock zu verteidigen.
Diese Verhaltensweisen treten häufig bei sozialen Insekten auf, bei denen Tausende von Individuen zusammenarbeiten, oft mit unterschiedlichen Rollen. Bei Honigbienen verändert sich die Rolle einer Biene im Volk mit zunehmendem Alter. Jüngere Bienen übernehmen Aufgaben innerhalb des Bienenstocks, wie z. B. Pflege und Wachsbau, während ältere Bienen Aufgaben außerhalb des Bienenstocks übernehmen, indem sie entweder nach Nahrung suchen (Häcksler) oder das Bienenvolk verteidigen (Soldaten).
Was bestimmt, ob ältere Bienen zu Sammlern oder Soldaten werden, ist unbekannt, aber eine neue Studie wurde in veröffentlicht Naturökologie und Evolution untersucht die genetischen Mechanismen, die dem kollektiven Verhalten der Kolonieverteidigung zugrunde liegen, und wie diese Mechanismen mit der Gesamtaggression der Kolonie zusammenhängen.
„Honigbienen haben keine größenbasierte Arbeitsteilung, wie man sie vielleicht bei Termiten oder Ameisen sieht“, sagte Ian Traniello, ehemaliger Doktorand an der University of Illinois Urbana-Champaign, jetzt Associate Research Scholar an der Princeton University und Erstautor über das Studium.
„Wenn Sie irgendjemanden von der Straße bitten, zu erraten, welche Ameise ein Soldat oder eine Sammlerin ist, wird er es wahrscheinlich zu 100 % richtig erraten, weil die Soldaten riesig sind. Honigbienen haben stattdessen eine altersbasierte Arbeitsteilung, wo Ältere Bienen neigen dazu, Sammler oder Soldaten zu sein, was beides gefährliche und potenziell tödliche Rollen sind.“
Eine genomweite Assoziationsstudie, die zuvor an einer Unterart der Honigbiene in Puerto Rico durchgeführt wurde, die sich in den letzten Jahren weniger aggressiv entwickelt hatte, ergab starke Zusammenhänge zwischen der Variation in der Sequenz einiger Gene und dem Grad der gesamten Aggression der Kolonie. Forscher nannten diese „Kolonie-Aggressionsgene“.
In der aktuellen Studie verglichen die Forscher die Expression und Regulierung von Genen im Gehirn von Soldaten und Sammlern sowie zwischen Kolonien mit unterschiedlicher Aggressivität. Die Forscher maßen die Aggressivität der Bienenvölker, indem sie die Anzahl der Stiche auf Wildlederflecken zählten, die nach einer Störung außerhalb der Bienenstöcke angebracht wurden.
Sie identifizierten Soldaten als die Bienen, die die Beete angriffen, und Sammler als die Bienen, die mit Pollen zum Bienenstock zurückkehrten. Anschließend verwendeten die Forscher Einzelzell-Transkriptomik und Genregulationsnetzwerkanalysen, um die Gehirne von Sammlerbienen und Soldatenbienen aus Kolonien mit niedriger und hoher Aggression zu vergleichen.
Die Forscher fanden heraus, dass es zwar Tausende von Genen im Gehirn gab, die sich in ihrer Expression zwischen Soldaten und Sammlern unterschieden, aber keines davon Teil der Liste der Kolonieaggressionsgene war. Als sie jedoch Modelle von Netzwerken zur Regulierung von Gehirngenen erstellten, die steuern, wann und wo bestimmte Gene exprimiert werden, stellten die Forscher fest, dass sich die Struktur dieser Netzwerke zwischen Soldaten und Sammlern unterschied – und die Unterschiede waren größer, wenn die Soldaten und Sammler aus einem bestimmten Land stammten aggressivere Kolonie.
„Was unserer Meinung nach geschieht, ist, dass die Regulierung von Genen, die mit kollektivem Verhalten verbunden sind, die Mechanismen beeinflusst, die der Arbeitsteilung zugrunde liegen“, erklärte Traniello. „Kolonien können also mehr oder weniger aggressiv werden, indem sie das Aggressionsniveau der Individuen innerhalb dieser Kolonie beeinflussen. Grundsätzlich kann es mehr oder weniger wahrscheinlich sein, dass ein Sammler in einen soldatenähnlichen Zustand übergeht, wenn die Umgebung dies erfordert.“
Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Genregulation für unser Verständnis der Beziehung zwischen Genen und Verhalten.
„Während einige Studien mögliche erbliche Unterschiede zwischen Soldaten und Sammlern festgestellt haben, zeigt diese Studie, dass ältere Honigbienen möglicherweise das Potenzial haben, beide Rollen zu übernehmen“, sagte Gene Robinson (GNDP), IGB-Direktor und Autor des Papiers. „In Kolonien, die aggressiver sind, was wahrscheinlich auf die erhöhte Gefahr in der Umwelt zurückzuführen ist, sind ältere Bienen möglicherweise eher dazu geneigt, Soldaten zu werden, um bei der Verteidigung der Kolonie zu helfen.“
Zu den Plänen für zukünftige Richtungen gehört die Entwicklung von Funktionstests, um die Rolle der in der Studie identifizierten Gennetzwerke zu untersuchen und räumlich zu identifizieren, wo sie im Gehirn exprimiert werden. Traniello sagt, er freue sich darauf, diese neuen Fragen zu untersuchen.
„Wir verfügen über außergewöhnliche Technologien, um Gene und Verhalten in einem beispiellosen Ausmaß zu untersuchen, sowohl mit Einzelzell- als auch jetzt mit räumlicher Transkriptomik“, sagte Traniello.
„Diese geben uns neue Möglichkeiten, alte Fragen zu verstehen, wie die Beziehung zwischen Individuum und Kollektiv oder die Beziehung zwischen Genotyp und Phänotyp. Es ist spannend, diese Werkzeuge nutzen und in naturalistischen Kontexten anwenden zu können, und ich hoffe, dass diese Arbeit andere inspiriert.“ das Gleiche tun.“
Mehr Informationen:
Ian M. Traniello et al., Einzelzelldissektion der Aggression in Honigbienenkolonien, Naturökologie und Evolution (2023). DOI: 10.1038/s41559-023-02090-0