حتى الآن، لم يكن من الواضح بالضبط كيف يتم تحديد جنس النحل. حدد فريق بحث من علماء الأحياء والكيميائيين في جامعة هاينريش هاينه دوسلدورف (HHU) الجين الرئيسي والآلية الجزيئية المرتبطة به. في هذا العدد من المجلة العلمية Science Advances، يصفون كيف تشبه العملية لعبة تتضمن حجري نرد.
قد يكون هناك أكثر من 100 نوع مختلف من جين Csd، الذي يلعب دورًا رئيسيًا في تحديد جنس النحل. تجتمع هذه الجينات معًا أثناء التكاثر الجنسي: إذا كان الجينوم يحتوي بعد ذلك على متغيرين مختلفين من جين Csd، تتطور نحلة أنثى، ثم يتم تربيتها (يسار). إذا أدى الإخصاب إلى شكلين متطابقين، فسوف تتطور طائرة بدون طيار، ولكن لن يتم تربية الطائرة بدون طيار بواسطة شغالات النحل. يتم إنتاج النحل بدون طيار (النحل بدون طيار) من خلال التكاثر اللاجنسي.
لجنس الكائن الحي تأثير كبير على شكله ووظيفته وسلوكه. عادة ما يتم تحديد الجنس البيولوجي للكائن الحي في بداية حياته. على سبيل المثال، عند البشر، يحدد وجود "كروموسوم Y" المحدد للجنس ما إذا كان الرجل سيولد أم لا.
في وقت مبكر من عام 1845، قام الكاهن السيليزي يوهان دزيرزون بدراسة آلية تحديد جنس النحل (Apismellifera). من بينها، اكتشف التكاثر اللاجنسي للنحل بدون طيار - "النحل بدون طيار".
على عكس البشر، لا يمتلك النحل كروموسومًا واحدًا فقط يحدد الجنس. توصل الآن فريق بحثي بقيادة البروفيسور الدكتور مارتن باي من معهد علم الوراثة التطوري بجامعة هارفارد إلى أن جنس النحل يتم تحديده بواسطة جين واحد يسمى "Csd" (الجين المحدد للتكامل) من خلال آلية خاصة.
يمكن أن يحتوي هذا الجين على أكثر من 100 اختلاف، ما يسمى بالأليلات. وفي حالات أخرى، كما هو الحال في الزهور، يمكن للأليلات المختلفة للجين تحديد لون البتلات.
في حالة الإخصاب الجنسي، تتحد المجموعات الفردية من الكروموسومات من خلايا البويضة والحيوانات المنوية لتشكل مجموعة من الكروموسومات ثنائية الصيغة الصبغية. ونتيجة لذلك، فإن كل نحلة مخصبة جنسيًا لديها الآن نوعان مختلفان من جينات Csd.
توصل باحثو النحل في دوسلدورف إلى اكتشاف جديد: إذا كان أليلان جين Csd مختلفين، فسوف تتطور إناث النحل. على العكس من ذلك، إذا كانت الأليلات الموجودة على كلا الكروموسومات متطابقة، تتطور الطائرة بدون طيار. ومع ذلك، لأن النحل يريد تجنب زواج الأقارب، فإن العمال لا يرضعون هذا البيض.
ويبقى السؤال كيف يحدث تحديد الجنس على المستوى الجزيئي. وقالت المؤلفة الرئيسية الدكتورة ماريان أوتي: "كان علينا أن نعرف أن كل أليل من جين Csd ينتج متغيرات مختلفة من بروتين Csd ذات صلة، وكلها مختلفة قليلاً". "لقد تمكنا الآن من إظهار أن بروتينات Csd المختلفة فقط هي القادرة على الارتباط ببعضها البعض وبالتالي تنشيط المفتاح الجزيئي الذي يحدد "الأنثى". في المقابل، إذا كانت البروتينات متطابقة وترتبط بطرق مختلفة، فلن يتم تنشيط المفتاح. في هذه الحالة، تتطور الطائرة بدون طيار ولكنها لا تنمو بشكل كبير."
البروفيسور باير، المؤلف الأخير للدراسة في Science Advances: "هذا يشبه اللعبة الجزيئية لنردين: في هذه الحالة، الشخص الذي يرمي ضعف النرد لا يفوز. بدلاً من ذلك، يجب أن ينتج النرد المدلفن رقمين مختلفين من أجل تربية نحلة جديدة - نحلة أنثى."
في المقابل، تتطور الذكور من بيض غير مخصب. لذلك، تحتوي هذه الطائرات بدون طيار على مجموعة كروموسوم بسيطة تحتوي على بروتينات Csd متطابقة. أثناء وضع البيض، تقرر الملكة عدم إضافة الحيوانات المنوية إلى البيض.
دكتور أوت "من خلال تتبع وظيفة التبديل لبروتين Csd، قمنا بحل لغز جيني كان موجودًا منذ أكثر من 100 عام." أعرب البروفيسور باير عن آرائه بشأن قضايا بحثية أخرى: "لا يزال من غير المعروف الآلية التي تستخدمها شغالات النحل لتحديد ما إذا كانت البويضات المخصبة تحتوي على بروتينين مختلفين من بروتين Csd وبالتالي يتم تحويلها إلى "إناث". وبما أن الضوء في الخلية خافت، فلا بد من وجود أدلة شمية."
ومن المتوقع أن تستخدم هذه النتائج لتعزيز تدابير تربية النحل.