Парадокс пчелиной царицы

Медоносные пчелы живут большими семьями. Семья состоит из одной пчелиной матки — царицы и многих тысяч рабочих пчел. Если развивающуюся личинку пчелы кормят только молочком, то из нее вырастает матка (по-английски маточное молочко называют royal jelly — «королевское желе»). Если же личинка после трех дней жизни начинает получать мед и корм, приготовленные из пыльцы, то из личинки развивается рабочая пчела.

Пчелиные матки живут долго — до пяти, иногда и до восьми лет. В отличие от них рабочая пчела летом живет всего 30—40 дней, а во время зимовки остается биологически молодой до девяти месяцев. Таким образом, несмотря на то что у царицы и рабочих пчел один и тот же геном, продолжительность жизни королевы в несколько десятков раз превышает срок жизни ее подданных. Чем вызвано такое сильное различие в долголетии, неизвестно.

Некоторые ученые предположили, что одна из причин — различие в составе клеточных мембран королевы и рабочих медоносных пчел. Было обнаружено, что у «новорожденных» рабочих пчелок изначально он таков же, как и у их королевы. Однако потом, всего в течение нескольких дней, вероятно, из-за питания пыльцой мембраны их клеток меняют состав —в них повышается количество полиненасыщенных (имеющих несколько двойных связей) жиров и уменьшается содержание мононенасыщенных (имеющих одну двойную связь). В результате их мембраны становятся более восприимчивыми к перекисному окислению, что, по мнению ученых, может укорачивать их жизнь.

Чтобы проверить эту гипотезу, ученые исследовали состав митохондриальных мембран у млекопитающих, сильно отличающихся по продолжительности жизни, —у мышей (максимальный срок жизни 4 года), свиней (27 лет) и у людей (122 года). Оказалось, что митохондриальные мембраны мыши содержат много ненасыщенных жиров и поэтому легко могут подвергнуться окислительному повреждению. А в митохондриях человека полиненасыщенных жиров куда меньше, соответственно меньше и восприимчивость к перекисному окислению. Устойчивость к нему у свиней ниже, чем у человека, но выше, чем у мышей.

Такая корреляция между максимальной продолжительностью жизни и устойчивостью к окислительному повреждению подтверждает предположения ученых, но этого недостаточно для окончательных выводов. Чтобы доказать гипотезу, нужно будет экспериментально поменять состав мембран у мыши и проверить, как изменится продолжительность ее жизни. Простым изменением диеты этого пока достичь не удается: нужно с помощью методов генной инженерии изменить ферменты, отвечающие за синтез жиров.

P.S. Совсем недавно появилась статья о том, что личинки пчелы вида Plebeia droryana, которые должны были стать королевами, получая с пищей пестицид хлорпирифос (он ингибирует фермент ацетилхолинэстеразу, влияющий на метаболизм одного из компонентов мембраны — холина), часто становятся рабочими («Scientific Reports», 2016, 6, 31605, doi: 10.1038/srep31605). Хотя, по мнению авторов статьи, это может быть связано с недостатком энергии, часть которой идет на детоксикацию организма, не исключено и прямое влияние его на состав мембран.Подобный эффект до сих пор не был обнаружен ни у одного вида социальных перепончатокрылых насекомых. Узкая тропка ведет к долгожительству.

 

Литература
L.S. Haddad e.a. Extended longevity of queen honey bees compared to workers is associated with peroxidation-resistant membranes. «Experimental Gerontology», 2007, 42, 7, 601—609.

C. H. Cortie, e.a. Of mice, pigs and humans: An analysis of mitochondrial phospholipids from mammals with very different maximal lifespans. «Experimental Gerontology», 2015, 70, 135—143.