Долгое время в биологии закреплялось представление, что развитие пчелиной личинки полностью зависит от питания: при кормлении обычной личинки маточным молочком формируется матка. Более поздние данные усложнили эту схему и показали, что один только рацион не объясняет процесс.
Для выращивания будущих маток пчелы формируют специальные восковые камеры — маточники. В них поддерживается особая среда, а молодые рабочие особи регулируют тепло и ухаживают за личинками. Эти условия напрямую влияют на то, какая особь станет маткой.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что маточники представляют собой не просто защитные ячейки, а специально созданную среду, необходимую для нормального развития пчелиной матки.
Ученые также выделили ранее не описанную группу молодых рабочих пчел, получившую название «строители маточников». Эти особи демонстрируют выраженную специализацию именно на создании таких камер.
Матка и рабочая пчела формируются из практически одинаковых яиц, но затем их развитие расходится. Матка крупнее, развивается быстрее и живет значительно дольше, при этом только она способна откладывать яйца. Ранее основным фактором считалось маточное молочко, однако новые результаты показали, что этого недостаточно для объяснения различий.
С применением тепловизионных систем, поведенческого трекинга, химического анализа и исследования материалов ученые зафиксировали различия между маточниками и обычными шестиугольными ячейками. Камеры маток имеют форму, напоминающую арахис, и построены из воска с иными физическими и химическими свойствами. Такой воск менее плотный, более эластичный, лучше удерживает тепло и влагу, а также отличается составом жирных кислот и химических сигналов.
Эксперименты показали влияние этой среды на развитие. Личинок помещали в маточники из «маточного» и обычного рабочего воска при одинаковом питании. В условиях рабочего воска чаще фиксировалась гибель личинок, а сформировавшиеся матки имели меньшие размеры. Это подтвердило, что условия среды играют ключевую роль.
Строителями маточников оказываются самые молодые рабочие пчелы. В период ухода за будущей маткой у них повышается температура тела и меняется физиология. Дополнительное тепло ускоряет развитие: матка формируется примерно за 16 дней, тогда как рабочая пчела — около 21 дня. Такая разница критична для улья при необходимости быстрого появления новой матки.
Процесс строительства маточников выходит за рамки простой переработки воска. Пчелы целенаправленно собирают, изменяют и обогащают материалы, одновременно перестраивая собственные физиологические функции. По характеру это больше напоминает организованную систему управления развитием особей, чем обычное выращивание потомства.
Сходные закономерности выявлены у азиатских и европейских медоносных пчел, что указывает на древнее происхождение механизма. В исследовании участвовали специалисты в области психологии, физиологии, материаловедения, химии и геномики. Долгое время пчелиная матка рассматривалась как пример влияния питания, однако новые данные показывают, что ее формирование определяется совместной работой всей колонии, создающей условия для развития.
