Партеногенез у пчел, что это такое и как с этим бороться

Партеногенез у пчёл — какое это размножение?

Науке известно несколько способов размножения организмов. Получение новой особи может происходить во время скрещивания яйцеклетки женского организма и сперматозоида мужского, либо в формировании нового организма берут участие исключительно женская особь и её яйцеклетки. Такой процесс известен под названием партеногенез и может быть присущ птицам, насекомым и микроорганизмам. Он представляет собой одну из форм полового размножения, отличаясь от почкования дрожжей и прочих способов бесполого.

У пчёл процесс предусматривает формирование особи из достаточно узкого набора генов. Это позволяет получить специфический генотип из всего небольшого объёма генетических материалов. Но несмотря на это, каждая особь получает уникальные признаки. Зачастую пчеломатка откладывает зрелые яйца в соты, которые по мере кладки оплодотворяются из её семяприёмника. В нём находится генетический материал самца после спаривания, который сохраняется здесь определённое время. Партеногенез возникает в том случае, если в семье недостаточно самцов для оплодотворения маток либо как следствие её старения.

Партеногенез у пчел.

Партеногенез имеет некоторые преимущества перед размножением с участием обоих полов:

это явление является уникальным способом сохранения популяции насекомых, так как помогает мгновенно восполнить потери семейства вследствие какого-либо происшествия;
помогает избежать гомозиготности генетического аппарата насекомых, что часто наблюдается при половом скрещивании;
даёт возможность обезопасить популяцию от разнообразных генетических патологий.

В результате партеногенеза появляются самцы-оплодотворители (трутни), поэтому часто процесс носит название аренотокия. Однако при сочетании определённых факторов из неоплодотворённых яиц могут возникать и особи женского пола со всеми присущими половыми признаками. В этом случае говорят о так называемой телитокии.

Три разновидности особей

В любом улье установлена четкая иерархия и дисциплина. Каждая пчела выполняет свои обязанности. Они зависят от разновидности, возраста и других факторов.

Вокруг матки крутится вся жизнь улья. Ее кормят специально выделенные пчелы. Другие занимаются охраной, уборкой. Рабочие пчелы слизывают с тела королевы маточное вещество. Это особый феромон, который разносят по всему улью. Так остальные знают, что матка здорова и в «Багдаде все спокойно».

Рабочие пчелы

Рабочие насекомые являются основными членами пчелосемьи. В зависимости от возраста, они занимаются уборкой ячеек, выкармливанием потомства, сбором меда и защитой улья. Пыльца, перга, маточное молочко, яд, воск и прополис производятся только рабочими самками.

Продолжительность жизни пчелы может составлять от 3 до 8-9 месяцев. Это зависит от сезона, метаболизма и продуктивности улья.

Средняя пчелиная семья состоит из матки, 200-2000 трутней и 60-100 тыс. пчел. Также в улье постоянно присутствует несколько тысяч яиц. В зимний период численность семьи снижается до 20-25 тыс. особей.

Придатки рта и щеточки для пыльцы имеют нехарактерную форму.
Размеры тела особи больше, чем у средней рабочей пчелы.
Брюшко конусообразное, а не круглое, имеет глянцевый блеск.

Жизненный цикл трутня

Рано весной матки откладывают яйца, из которых вылупляются рабочие пчёлы, и только в апреле — трутневые яйца. В течение трёх дней самец находится в стадии яйца, и семь — в стадии личинки. Всё это время происходит кормление личинок, а затем ячейки запечатываются. В таком виде они находятся ещё две недели. Вылупление пчелы-самца происходит на 24 день после откладывания маткой или пчелой-трутовкой неоплодотворённых яиц. Немного ранее из оплодотворённых яиц появляются молодые самки-матки и рабочие пчёлы. Чтобы развитие самцов происходило правильно, после выхода их из своих ячеек, пчёлы кормят мужские особи ещё десять дней. Только после этого, где-то в середине мая, трутни вылетают из улья в целях ознакомления с окружающей средой. По прошествии ещё двух недель, они начинают свою непосредственную деятельность — поиск и оплодотворение матки.

бланк поквартирной карточки форма 10 скачать

Вылетают из улья мужские пчёлы, обычно, во второй половине дня или вечером. Их можно отличить от других насекомых этого рода по грубому звуку полёта и шумному приземлению. Живут они недолго, всего 2-3 месяца, а затем умирают из-за прекращения пчёлами-кормильцами их пропитания.

Органическое удобрение для повышения урожайности культурных растений! “Это единственное на сегодняшний день удобрение, которое работает! Активизирует развитие корневой системы, обеспечивает максимальный урожай, сохраняя высокие вкусовые качества плодов. Безопасно для почвы и овощей.”

Три разновидности особей

Состав пчелиной семьи: развитая матка, от 200 до 2000 самцов – трутней и трудовые пчелы. В гнезде семьи находятся тысячи яиц, личинок и куколок, большое количество кормовых запасов – меда и перги.

Особи могут жить, размножатся и продуктивно работать они могут только при полном составе семьи.

Два способа кладки яиц у пчел

Первый способ используется, когда яйцо откладывается в трутневую ячейку (партеногенез). Матка волосками на брюшке чувствует размер соты, для рабочей пчелы это 5,5 мм, а для трутня 7 мм. Соответственно, при контакте животика с трутневой сотой матка отдает неоплодотворенную яйцеклетку, из которой вырастет трутень.

В рабочие соты королева откладывает те же яйца, только открывая семяприемник и капая на них сперму. Из таких яиц получаются рабочие пчелы или матка.

Во время спаривания самец отдает свою сперму матке. У нее на животе имеется специальный приемник, в котором и хранятся сперматозоиды. После спаривания самец погибает, а самка берется за кладку яиц.

Результат телитокии

Во-первых, нужно уточнить, что полноценная пчела-королева участвовать в телитокии может. Рабочие особи капских пчёл откладывают яйца с диплоидным набором, но пчела-королева без оплодотворения на это способна тоже.

Читайте также: Описание пчелы

Термин «телитокия» не относится также и к трутням. Они обладают гаплоидным набором, а при удваивании образуются не трутни, а самки.

Последнее свойство характерно для пчеломаток, порождаемых любым способом, в том числе телитокией. А первое свойство, если говорить о порождении трутней, будет относиться к любым породам.

Партеногенез у пчел, что это такое и как с этим бороться

Важнейшие биологические особенности процесса репродукции у медоносных пчел: а) полиандрия; б) сочетание двух форм размножения: партеногенеза (рождение самцов из неоплодотворенных яиц) и гамогенеза (рождение маток и рабочих пчел из оплодотворенных яиц); в) невозможность оплодотворения трутнем более одной матки.

Попытаемся их рассмотреть внимательно и найти ответы на многие вопросы, интересующие не только пчеловодов, но и биологов-энтомологов.

Известно, что полиандрия — спаривание пчелиной матки с несколькими трутнями. Впервые это явление у пчел открыто российским ученым В.В.Тряско в 1951 г., что объяснило давно замеченный факт рождения от одной матки разнокачественного потомства. Высказывалось немало гипотез о происхождении и роли полиандрии у пчел в этом случае.

В.В.Тряско, вскрывая большое число маток, возвращающихся из брачного полета, обнаружила несоответствие массы спермы в половых путях и сперматеке матки количеству спермы в половых органах трутня: в парных яйцеводах оказывалось в несколько раз больше спермы, чем в половых органах одного самца. Были отмечены повторные брачные вылеты маток и возвращение их со «шлейфом» — частью половых органов трутня. По расчетам автора открытия, матка спаривается с 9–10 самцами. В большинстве случаев ей не требуются повторные вылеты: за один раз она последовательно спаривается с несколькими самцами.

Такая форма брачных отношений обеспечивает длительный (до 8 лет) период активной репродуктивной функции матки. «Отрутневение» одно-двухлетних маток — следствие истощения запаса спермы, полученного при спаривании. Такая особенность брачных отношений трутней с матками и наличие у матки сперматеки (семяприемника), размеры которой позволяют вместить семенную жидкость от нескольких самцов, выработались в процессе эволюции пчел.

Это явление — основа сохранения и активной жизнедеятельности биологической единицы — семьи пчел, а следовательно, и выживания вида.

Возникает вопрос: почему эволюция пчел пошла по пути возникновения и развития полиандрии? Вполне логично предположить возможность альтернативного решения проблемы наполнения сперматеки матки достаточным количеством семенной жидкости, а именно эволюции по пути увеличения спермопродуктивности трутней. Однако природа отвергла такой путь. Следовательно, для этого есть более важная причина (или причины), чем степень наполнения сперматеки матки. В чем она заключается?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть роль другой биологической особенности пчел, на первый взгляд не имеющей ничего общего с полиандрией — функционирование у них двух форм размножения: партеногенеза (бесполое размножение) и гамогенеза (половое размножение).

Известно, что из отложенных маткой оплодотворенных яиц нарождаются женские особи (матки и рабочие пчелы), а из неоплодотворенных — только самцы (трутни). В эволюционном плане половое размножение — более совершенно, так как повышает жизнеспособность потомства, его приспособляемость к постоянно меняющимся условиям окружающей среды, то есть способствует выживанию вида. Так, может быть, было бы лучше, если бы не только матки (и рабочие пчелы), но и трутни рождались из оплодотворенных яиц?

Естественный отбор, как известно, безжалостно отметает все, что идет во вред виду. Если в процессе длительной эволюции у пчел сохранилось сочетание двух способов размножения, значит, в этом есть биологическая целесообразность, помогающая ему выжить в борьбе за существование. В чем же она состоит?

Ответ нужно искать в анализе условий жизни и размножения пчел в природе. Там нет пасек. Может случиться (и, несомненно, нередко случается) так, что поблизости от семьи пчел, занявшей, например, дупло дерева, может не оказаться еще одной. В лесу, как известно, не очень часто встречаются деревья с дуплами, пригодными для поселения пчел, то есть объемом не менее 25–50 дм 3 (хочу напомнить, объем одного дадановского корпуса более 60 дм 3 ).

В случае роения молодая матка, вышедшая на облет, с очень большой вероятностью спарится с трутнями из своей же семьи, то есть рожденными от той же матери. Но ведь это же близкородственное спаривание, которое, как известно, часто ведет к вырождению потомства, резкому снижению его жизнеспособности! Тогда возникает вопрос: почему же пчелы на протяжении многих десятков тысячелетий не выродились и продолжают успешно существовать не только в условиях одомашнения, но и в природе?

Вот теперь становится понятным биологический смысл сочетания двух способов размножения. У матки и трутня, потомков одной матери — разная наследственность: трутень, рожденный из неоплодотворенного яйца, несет наследственные качества, переданные только (условно, в данный момент) от матери, а матка наследует качества отца и матери, то есть у них разный набор генов. Поэтому близкородственное спаривание у пчел не ведет к вырождению. Вот зачем нужно сочетание гамогенеза и партеногенеза: для обеспечения генетической разнокачественности самцов и самок в пчелиной семье.

М.И.БОЛДЫРЕВ,
доктор сельскохозяйственных наук,
заслуженный деятель науки России

ПАРТЕНОГЕНЕЗ

Принято считать, что яйца насекомых и других животных не могут развиваться без оплодотворения. Однако, хотя это и справедливо в отношении многих видов, к некоторым видам животных это не относится, в том числе и к медоносной пчеле. Такой тип размножения – без участия самца – называется партеногенезом.

Партеногенетическое развитие в общем не ограничивается одним полом. У тлей и некоторых ракообразных партеногенетическим путем могут развиваться оба пола; у некоторых кузнечиков и молей так развиваются только самки, в то время как у большинства перепончатокрылых, включая медоносную пчелу, из не-оплодотворенных яиц могут вывестись только самцы и лишь случайно самки. Из оплодотворенных яиц никогда не развивались самцы.

В 1845 г. Дзержон выдвинул свою знаменитую теорию о медоносных пчелах. Он предположил, что у медоносных пчел самцы (трутни) развиваются из неоплодотворенных яиц, в то время как самки (матки и рабочие пчелы) – только из оплодотворенных.

Матка может откладывать как оплодотворенные, так и неопло-дотворенные яйца – «по капризу», как писал Дзержон. Почти всегда, за редким исключением, она откладывает оплодотворенные яйца в пчелиные и маточные ячейки, а неоплодотворенные – в трутневые. Таким образом, яйцо, оплодотворенное спермием, развивается в женскую особь, которая, как мы видели, может стать маткой или рабочей пчелой в зависимости от того, как ее кормили пчелы-кормилицы. Трутни, или мужские особи пчел, развиваются из неоплодотворенных яиц.

Механизм, который дает матке возможность откладывать оплодотворенные или неоплодотворенные яйца «по своему капризу», состоит из семяприемника, в который она принимает во время спаривания живых сперматозоидов и в котором они содержатся до тех пор, пока не потребуется оплодотворить яйцо, и так называемого семенного насоса. Семяприемник – это круглый мешочек, соединенный с влагалищем небольшим протоком, который служит сперматозоидам сначала входом, а затем выходом. Часть семя-выводного протока образует насос для отпуска сперматозоидов, с помощью которого матка может или удержать, или отпустить сперматозоиды во влагалище, где они встретятся с яйцом, когда оно будет продвигаться по влагалищу. Через небольшое отверстие возле одного конца (микропиле) один или несколько сперматозоидов внедряются в яйцо. К сожалению, мы до сих пор не знаем, на основании чего, изучая ячейку, матка узнает, какое откладывать в нее яйцо – оплодотворенное или неоплодотворенное. Не знаем мы и о том, как влагалище матки так быстро освобождается от сперматозоидов, почему она способна отложить неоплодотворенное яйцо в трутневую ячейку всего через несколько секунд после откладки оплодотворенного яйца в рабочую ячейку, а ошибается матка в этом отношении очень редко.

Теория Дзержона за последние 50 лет претерпела ряд изменений, поскольку дальнейшие исследования показали, что в некоторых случаях из неоплодотворенных яиц выводятся самки. Так, в 1872 г. было опубликовано сообщение англичанина Джона Хьюитта, который обнаружил, что «пунические рабочие пчелы способны сами вывести как маток, так и трутней». Он привел следующий пример, показывающий способность рабочих пчел вывести матку: «Однажды несколько пунических рабочих пчел залетели в улей безматочной семьи краинской расы и вывели матку из отложенных ими яиц». Опыты с безматочными семьями рабочих пчел различных рас позволили ему сделать заключение, что «этот инстинкт оказался полностью развитым у пунических пчел, частично развитым – у сирийских и совершенно отсутствует у наших местных пчел».

В 1912 г. Онионс [38] писал, что обнаружил партеногенетиче-ских рабочих пчел и маток у капской пчелы Южной Африки (Apis mellifera capensis), а в 1943 г. Маккензен сообщил, что такая черта присуща трем выведенным в Америке линиям европейских пчел.

Следует напомнить, что Дзержон был знаком только с европейскими расами; хотя пчелам этих рас и удается выводить самок из неоплодотворенных яиц, у них это наблюдается гораздо реже, чем у капской пчелы. В самом деле, имеются сообщения, что безматочные семьи капской пчелы жили в таком состоянии в течение нескольких месяцев, их рабочие пчелы откладывали партеногенетические яйца, из которых выводились молодые рабочие пчелы.

Вернуться: СПАРИВАНИЕ И ОТКЛАДКА ЯИЦ
Далее: РАБОЧИЕ ПЧЕЛЫ И ТРУТНИ, СТАДИИ РАЗВИТИЯ

ПАРТЕНОГЕНЕЗ

ПАРТЕНОГЕНЕЗ (parthenogenesis; греч, parthenos девушка + genesis зарождение) — форма полового размножения, при к-ром развитие организма происходит из женской половой клетки без оплодотворения ее мужской половой клеткой. П. следует отличать от бесполого размножения, когда развитие происходит не из половых клеток, а из соматических клеток или органов (см. Размножение).

П.— естественный нормальный способ размножения нек-рых видов животных и растений. Полный естественный П. встречается у беспозвоночных животных всех типов, но чаще всего — членистоногих. Из позвоночных животных известны виды рыб, амфибий, рептилий, отдельные виды птиц (индейки), размножающиеся партеногенетически. У млекопитающих естественный П. не известен. Близкими к П. способами размножения у растений являются апогамия и апомиксис.

П. может быть облигатным, когда яйца способны только к партеногенетическому развитию, и факультативным, при к-ром яйца могут развиваться или партеногенетически, или в результате оплодотворения. Так, у ряда перепончатокрылых насекомых (напр., у пчел) из неоплодотворенных яиц, т. е. партеногенетически, развиваются самцы (трутни), а из оплодотворенных — самки (матки и рабочие пчелы).

При циклическом П. двуполые поколения чередуются с партеногене-тическими. Так, у нек-рых видов тлей двуполые поколения (крылатые формы) сменяются партеногене-тическими (бескрылые самки), при этом разные поколения используют разные виды кормовых растений.

При сезонном П. двуполые и пар-теногенетические поколения приурочены к разным сезонам года. Напр., у пресноводных рачков дафний летние поколения целиком состоят из партеногенетически размножающихся самок, что обеспечивает более высокий темп размножения за счет увеличения в популяциях числа особей, способных оставлять потомство. Осенью же появляются поколения самцов и самок, к-рые оставляют на зиму оплодотворенные яйца.

Партеногенетически может развиваться либо яйцеклетка, прошедшая мейоз (см.) и содержащая гаплоидный набор хромосом (мейотический, или гаплоидный, П.), либо яйцеклетка одной из премейотических стадий оогенеза (см.) с сохранением свойственного данному виду хромосомного набора — диплоидного или полиплоидного (амейотический П.). При нек-рых формах П. слияние гаплоидного ядра яйцеклетки с гаплоидным же ядром направительного тельца приводит к восстановлению диплоидности (аутомиктический П.). От этих особенностей П. зависят генотип, пол пар-теногенетического потомства, а также сохранение или утрата гетерози-готности, приобретение гомозиготности и пр.

Впервые искусственный П. воспроизвел А. А. Тихомиров в 1886 г. путем воздействия на неоплодотворенные яйца тутового шелкопряда различными физ.-хим. раздражителями. Круг объектов и раздражителей, вызывающих П., был значительно расширен Ж. Лебом. Теория и практика искусственного П. развита советским генетиком академиком Б. Л. Астауровым и его учениками, на основе чего широко практикуется искусственное получение чисто самцовых партеногенетических клонов тутового шелкопряда, дающих повышенный выход шелкового волокна высокого качества.

У нек-рых пород индеек естественная склонность к П. доведена с помощью искусственного отбора до регулярного получения однополого партеногенетического потомства (самцы с большим, чем у самок, живым весом). П. используется и в селекции растений.

В экспериментальной эмбриологии искусственный П. широко используется для исследования процессов гаметогенеза (см.) и оплодотворения (см.) у самых различных видов животных.

К партеногенезу относят также андрогенез и гиногенез, при к-рых происходит активация яйцеклетки сперматозоидом своего или близкого вида (ядра яйцеклетки и спермия не сливаются). Оплодотворение в этом случае оказывается ложным, а зародыш развивается только с мужским (андрогенез) или только с женским (гиногенез) ядром.

Библиография: Астауров Б. Л. Партеногенез, андрогенез и полиплоидия, М., 1977.

Партеногенез у муравьев

В муравьином царстве явление партеногенеза присутствует у восьми видов муравьев и может условно разделится на три вида:

самки производят рабочих муравьев и других самок через него, при этом рабочие самцы стерильны.
рабочие муравьи производят самок посредством партеногенеза.
самки производят других самок посредством партеногенеза, а рабочих муравьев самцов – обычным половым путем.

У пчел при партеногенезе из неоплодотворенных яиц рождаются самцы, они же трутни, из оплодотворенных исключительно самки, которые в свою очередь делятся на размножающуюся матку (королеву улья) и бесплодную рабочую пчелку.

ПАРТЕНОГЕНЕЗ

Библиография: Астауров Б. Л. Партеногенез, андрогенез и полиплоидия, М., 1977.

Чем еще занимается трутень?

Живет самец недолго – до двух месяцев. Иногда бывают случаи, когда остается на зимовку, но весной все равно погибает. В семье пчел он не слишком перегружен работой. Сам себе (и другим пчелам) он пищу не добывает. Но играет роль не только распространителя семени. Еще одна функция – защита от холода. Когда наступают заморозки, эти насекомые защищают живым одеялом расплод, располагаясь у входа в улей. Так они берегут отложенные яйца от уничтожения холодом. Такое самопожертвование оправдано природой: всем трутням вскорости все равно придется погибнуть. Как правило, осенью пчелы изгоняют оставшихся трутней из улья, и они умирают от голода и холода.

Трутни в пчелиной семье – это приживалы, которым отведена единственная функция. Поэтому, в конце летнего сезона, когда матка оплодотворена, их просто-напросто выгоняют из улья или даже убивают. Так как самцы не умеют самостоятельно кормиться, они умирают от голода.

Партеногенез у пчёл и муравьёв

У пчёл из неоплодотворённых яиц вылупляются самцы (трутни). Поскольку по большому счёту это дармоеды, природа распорядилась так, что их рождается немного. А вот из оплодотворённых яиц получается два типа самок: плодовитая матка и бесплодная пчела-труженица.

Явление партеногенеза обнаружено у 8-ми видов муравьёв и протекает по трём направлениям:

самки без оплодотворения производят других самок, а также стерильных рабочих самцов;
рабочие муравьи посредством партеногенеза производят самок;
самки производят на свет других самок через партеногенез, а рабочих муравьёв – традиционным половым путём.

Прецедентов естественного однополого размножения у млекопитающих не обнаружено. Однако искусственным путём их яйца поддаются активации, что было доказано опытами на кроликах.

Зачем нужно размножаться без партнера

На самом деле, такая особенность пчел — производить потомство без прямого спаривания — известна уже несколько десятков лет, но до сих пор ученые не могли объяснить, как такое происходит. Только сейчас у них есть технологии и необходимые навыки для того, чтобы объяснить, как это происходит, и понять, как с этим бороться или как это использовать.

Зачем древние египтяне носили шапки из пчелиного воска?

У такой способности производства потомства есть даже свое название. Способность воспроизводить женские особи без полового контакта называется «Thelytokous Parthenogenesis». Теперь стало известно, что за нее отвечает ген GB45239. Именно он дает возможность пчелам Кейга размножаться таким способом.

Королева крупнее других пчел.

В перспективе это открытие может привести к тому, что так можно будет бороться с многими видами насекомых-вредителей, которые размножаются подобным способом. Достаточно будет просто включить или выключить у них соответствующие ген. Вот только насколько это хорошо с точки зрения природы, где все находится в балансе и не приведет ли это к большой катастрофе? Это большой вопрос.

Королева крупнее других пчел.