Drottningar av stinglösa biarter (Meliponini) står inför ett reproduktivt dilemma. Om de parar sig med hanar som de visar sig dela samma könsbestämningsgen med, hälften av deras avkomma kommer att bestå av hanar, och kolonins arbetsstyrka kommer att minska med hälften, med tanke på att i praktiken endast kvinnorna är arbetare.

Dessutom, män med både faderligt och moderligt (diploid) genetiskt material som ett resultat av detta olyckliga val av drottningen konsumerar bara de resurser som samlas in av arbetare och är vanligtvis sterila, bidrar till minskade reproduktionsmöjligheter för kolonin. Ett forskningsprojekt som stöds av São Paulo Research Foundation (FAPESP) som involverar ett team av forskare vid universitet i Brasilien, Belgien, och Storbritannien visar att uppkomsten av diploida hanar från denna typ av parning också leder till att drottningen dör i kolonier av den sticklösa biarten Scaptotrigona depilis.

Enligt Ayrton Vollet-Neto, första författare till studien, resultaten tyder på att detta beteende kan vara gemensamt för alla sticklösa biarter eftersom det förekommer i fylogenetiskt avlägsna släkten.

En möjlig förklaring till döden av en drottning som inte överensstämmer med rollen att upprätthålla en proportionell andel arbetarbin i kolonin är att en ersättningsdotterdrottning kommer att kunna para sig och säkerställa kolonins överlevnad. Annat, det mest sannolika resultatet skulle vara kolonins död. "Om drottningen dödas snabbt, hon kan ersättas av en dotter som kommer att få en chans att para sig med en hane som inte har samma könsallel, " sa Vollet-Neto.

Resultaten av studien har publicerats i Journal of Chemical Ecology .

Genetisk olycka skadar manlig prolekontroll

Vollet-Neto förklarar att kvinnliga sticklösa bin kan välja kön på sina avkommor, en egenskap som de delar med alla insekter i ordningen Hymenoptera, som inkluderar myror och getingar samt bin.

Stinglösa bidrottningar parar sig bara en gång i hela sitt liv. Detta händer när de är väldigt unga. De lagrar spermier i spermatheca, ett organ som ligger i buken. Vid befruktning av ägg med spermier från sperma, de genererar diploida honor, som har två kopior av varje gen (en från varje förälder) i sina celler.

När drottningar vill producera hanar, de stänger en kanal i spermatheca för att förhindra att äggen befruktas. Haploida hanar (med endast moderns gener) kläcks från obefruktade ägg. "Insekter i ordningen Hymenoptera skiljer sig från andra insekter och från människor med avseende på könsbestämning eftersom hanar inte har någon far och kläcks från obefruktade ägg, " sa Vollet-Neto.

Dock, könsbestämningsmekanismen hos sticklösa bin kan misslyckas. Av en olycklig chans, drottningen kan para sig med en hane vars genetiska sammansättning leder till produktion av diploida hanar istället för honor, han förklarade.

Anledningen är att könsbestämning i Hymenoptera vanligtvis kontrolleras av en gen för komplementär könsbestämning (CSD), som kanske har två alleler (kopior) eller inte. Dessutom, om det finns två alleler, de kan vara identiska eller olika. Om det bara finns en allel, resultatet är en hane. Om det finns två olika alleler i en diploid hane, resultatet är en hona. Om det finns två identiska alleler, resultatet är en annan diploid hane istället för en hona.

"När det finns två identiska kopior av CSD-genen, insektens fysiologi tolkar den som att den bara har en. Detta resulterar i en diploid hane, " förklarade Vollet-Neto.

"Manlig stank" utlöser upplopp i kolonin

För att lösa problemet som skapas när drottningen väljer en partner med samma könsallel, honungsbiets arbetare Apis mellifera, till exempel, kan upptäcka och döda diploida manliga larver tidigt i sin utveckling. Detta undviker slöseri med resurser och tid som skulle investeras i att föda upp dem utan avkastning för kolonin.

När det gäller sticklösa bin, det finns få bevis för sådant beteende. Arbetare har inte tillgång till yngelceller för att eliminera omogna diploida hanar eftersom cellerna är förseglade efter äggläggning och innehåller alla resurser som larverna kräver för att utvecklas.

För att testa hypotesen att sticklösa bin också har sätt att avhjälpa konsekvenserna av diploid manlig produktion, forskarna utförde ett experiment där de tog bort drottningar från kolonier av S. depilis där diploida hanar var på väg att kläckas och ersatte dem med "friska" drottningar, som inte fick avkomma med denna egenskap.

Experimentet visade att alla "friska" drottningar som introducerades i kolonierna där diploida hanar var på väg att dyka upp dog inom 10-20 dagar, medan drottningar som infördes i 20 kontrollkolonier utan diploid manlig uppkomst inte dog.

"Dessa "friska" drottningar var inte ansvariga för att producera de diploida hanarna som dök upp i kolonierna, så slutsatsen vi drog var att deras död bestämdes av uppkomsten av diploida män, " sa Vollet-Neto.

Baserat på detta fynd, forskarna testade sedan hypotesen att de kutikulära kolväteprofilerna hos diploida män på något sätt fungerade som en kemisk signal för avrättning av drottningar.

Nagelbandet är ett extracellulärt lager som helt täcker den yttre ytan av sociala insekter. Kutikulära kolväten fungerar som en kemisk signatur för varje individ i kolonin.

För att testa deras hypotes, forskarna jämförde de kemiska profilerna för diploida och haploida män vid noll, fem och tio dagars ålder. Analys med gaskromatografi i kombination med masspektrometri visade att den kutikulära kolväteprofilen för diploida män skilde sig markant från den för haploida män när de blev äldre och att detta inträffade cirka 10 dagar efter uppkomsten – precis när drottningarna började dö.

"Detta tyder på att skillnader i manlig kemisk profil kan fungera som signaler för att utlösa drottningens död, " sa Vollet-Neto. "Men mer forskning behövs för att bekräfta eller motbevisa denna hypotes."