Genetyczny mechanizm odpowiedzialny za determinację płci u pszczół zidentyfikowali naukowcy z Niemiec, USA i Norwegii. Publikacja, która rozwiązuje liczącą ponad 150 lat zagadkę, ukazała się na łamach pisma "Cell".

Zdaniem autorów, ich wyniki pomogą opracować łatwiejsze metody hodowli pszczół.

W 1845 Jan Dzierżoń (wg niektórych publikacji Dzierżon), polski proboszcz z Karłowic (obecnie w powiecie opolskim), hodowca i badacz pszczół, jako pierwszy zaproponował, że samce pszczół mają tylko matkę, bo rozwijają się z niezapłodnionych jaj. Natomiast samice wykluwają się z jaj zapłodnionych. Występowanie tego zjawiska (znanego obecnie pod nazwą partnenogenezy) u pszczół potwierdziły późniejsze badania.

Od tej pory badacze starali się rozwikłać podłoże tego zjawiska. Ostatecznego wyjaśnienia dostarczają po ponad 150 latach najnowsze wyniki zespołu naukowców niemieckich, amerykańskich i norweskich.

Badacze zaobserwowali, że kluczowym zjawiskiem w determinacji płci pszczół jest fakt, że samice posiadają podwójny zestaw genów - po jednym od każdego rodzica, a samce (trutnie) - jeden matczyny zestaw.

A dokładniej, do rozwoju żeńskiej płci u pszczół potrzebne są dwie kopie - po jednej od każdego rodzica - genu cds. Ich obecność jest potrzebna do produkcji aktywnego białka, które zapoczątkowuje rozwój cech żeńskich. Natomiast z niezapłodnionych przez samca jaj wykluwają się osobniki, które posiadają tylko jedną kopię cds i dlatego są płci męskiej.

Badacze Martin Beye i Martin Hasselman z Uniwersytetu Marcina Lutra w Halle razem z badaczami z Uniwersytetu Kalifornijskiego i Norweskiej Akademii Rolniczej prowadzili analizy genetyczne genu csd.

Już wcześniejsze badania sugerowały, że bierze on udział w determinacji płci u pszczół. Naukowcy spodziewali się jednak, że rozwój płci zależy od kombinacji różnych wersji tego genu - gen cds występuje w 19 różnych wersjach (tzw. allelach). Innymi słowy, że istnieją "męskie" i "żeńskie" wersje csd.

Najnowsze analizy ujawniły jednak, że te same allele cds mogą występować u samców i samic, przy czym samice muszą posiadać dwie różniące się od siebie wersje tego genu.

Gen cds ulega aktywacji około 12 godziny po złożeniu jaj - zarówno zapłodnionych, jak i niezapłodnionych. Badacze zablokowali jego aktywność w zapłodnionych jajach. W ten sposób udało im się uzyskać owady z męskimi narządami płciowymi. Zablokowanie aktywności cds w jajach niezapłodnionych nie wywołało żadnych zmian rozwojowych - powstały z nich prawidłowo samce.

Jak spekulują autorzy, prawdopodobnie dwie różne wersje białka powstające na matrycy dwóch różnych alleli cds są niezbędne by powstał kompleks, który kontroluje kolejny etap w rozwoju płci żeńskiej (np. poprzez wpływ na aktywność innych genów). Gdy produkowana jest jedna wersja białka, nie powstaje aktywny kompleks i osobnik staje się samcem.

Zdaniem autorów, rozwój płci jest w podobny sposób regulowany, tj. zależy od podwójnego lub pojedynczego zestawu genów, u innych owadów społecznych, jak mrówki i osy.

Jak tłumaczy biorący udział w badaniach Robert Page z Uniwersytetu Kalifornijskiego, taki rodzaj determinacji płci może być pomocny w powstawaniu harmonijnie działających owadzich społeczności. W ten sposób, w jednym gnieździe osobniki z danej "kasty" społecznej dzielą ze sobą więcej wspólnych genów i cech, niż mogłyby dzielić z własnym męskim i żeńskim potomstwem.

Jednak ten sam mechanizm stanowi duże utrudnienie dla hodowców pszczół. Bardzo trudno jest bowiem selekcjonować odmiany pod względem danej cechy. Wsobne krzyżowanie bardzo często powoduje, że królowa składa zapłodnione jaja, czyli jaja z podwójnym zestawem genów, które posiadają jednak dwa identyczne allele cds. Z takich jaj wykluwają się bezpłodne samce, które są niszczone przez robotnice jeszcze jako larwy. Taka kolonia pszczół szybko obumiera.

Według autorów najnowszego artykułu w "Cell" ich wyniki pomogą ominąć wiele pułapek jakie czyhają na hodowców pszczół.