Биохимия пчелиного мозга меняется со специальностью

Текст: Надежда Маркина/Infox.ru

Когда рабочая пчела от кормления личинок переходит к собиранию нектара, у нее кардинально меняется поведение. Биологам удалось выяснить, что меняется в работе пчелиного мозга, и почему изменения влияют на смену работы.

Поведение медоносной пчелы пластично: одни и те же особи рабочих пчел в разные периоды жизни выполняют совершенно разную работу. По-видимому, столь же пластичным должен быть и их мозг.

Авторы работыС насекомыми работали:

Предположение подтвердили бразильские и кубинские биологи. Они показали, что при смене деятельности у рабочей пчелы меняется биохимия мозга.

Из нянек в авиаторы

Рабочие пчелы – это самки с недоразвитыми половыми органами, неспособные к размножению. Пчелиная матка откладывает яйца, из которых вылупляются личинки. Молодые рабочие пчелы свою трудовую деятельность начинают с того, что становятся няньками для личинок -- своих сестер и братьев. Они кормят личинок молочком из специальных желез, медом и кормом из пыльцы. Кроме того, молодые рабочие пчелы чистят соты, запечатывают ячейки крышечкой перед окукливанием личинки и выполняют в улье другую работу.

К возрасту двух-трех недель рабочие пчелы осваивают качественно новую специализацию – они становятся фуражирами: отправляются на поиск медоносных растений, собирают нектар и пыльцу и приносят в улей. Им надо уметь ориентироваться на местности, летать за много километров, возвращаться и передавать информацию об источнике пищи своим компаньонам по улью. Поведение насекомых полностью меняется. Чтобы стать фуражиром, им требуется овладеть совсем другими навыками, чем те, которые нужны для работы нянькой.

Ученые изучили сотни мозгов пчел-нянек и пчел-фуражиров и описали белки, которые синтезируются в мозге тех и других. Их интересовало, меняется ли биохимия мозга при смене рода деятельности.

Каждому белку свое время

ЭлектрофорезОдин из основных методов разделения смеси веществ. Основан на электрокинетическом явлении перемещения частиц в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля. Для разделения смеси белков обычно используют полиакриламидный гель.

В мозге пчел-нянек и пчел-фуражиров исследователи описали 20 различных белков. Для идентификации белков они использовали метод гелевого электрофореза и последующую масс-спектрометрию. Оказалось, что белковая картина в мозге при разных видах деятельности меняется очень сильно.

В мозге пчел-нянек увеличено содержание основных белков маточного молочка пчел (их также называют желе-рояль-белками): MRJP1, MRJP2 и MRJP7. Эти белки связаны с определением пчелиной касты (матка, трутень или рабочая пчела) в процессе развития личинки. Применив методы иммунохимии и электронную микроскопию, ученые определили, что белок MRJP1 локализуется в цитоплазме клеток мозга вдоль нитей клеточного скелета. Поэтому они предполагают, что он участвует в образовании клеточного скелета. MRJP1 нашли в разных отделах мозга: в зоне антенн, зрительной доле и в грибовидных телах – это специфический отдел мозга насекомых, отвечающий за синтез информации от органов чувств. Другие белки, содержание которых повышено в мозге пчел-нянек, связаны с процессом синтеза белка и с работой обонятельной системы.

Масс-спектрометрияМетод анализа вещества путем определения отношения массы к заряду. Для этого частицы вещества переводят в заряженную – ионную форму путем ионизации, а затем анализируют на масс-спектрометре. В протеомике масс-спектрометрия стала одним из основных методов исследования. Для ионизации белков применяют метод лазерной десорбции с ионизацией из матрицы (MALDI). При этом фотоны лазерного луча ионизуют и испаряют матрицу мишени, на которую нанесен образец, а образующиеся из матрицы ионы, как и в методе химической ионизации, ионизуют молекулы образца, не разрушая их.

В мозге пчел-фуражиров также повышено содержание белков, участвующих в обмене веществ, особенно в энергетических процессах. В числе этих белков есть и сигнальные молекулы, запускающие каскад реакций, и молекулы, участвующие в метаболизме нейромедиаторов.

Связь генов с поведением

Медоносные пчелы – социальные насекомые, которым присуще сложное и разнообразное поведение. В основе такого поведения лежит способность пчел воспринимать самые разные сигналы внешней среды и адекватно на них отвечать.

В исследовании пчел биологи использовали методы протеомики -- науки о роли белков в жизнедеятельности организма. Исследовать белки методически сложнее, чем исследовать гены, но при этом ученым открывается прямой путь от гена к поведению.

Статья опубликована в журнале Journal of Proteome Research.