몇 달마다 Sarah Kocher는 프랑스에 순례를합니다. 나비 네트를 견인 한 하버드 생물 학자는 시골을 여행하며, 꿀벌을 찾아 스위스와 독일 근처의 산악 지역에 이르기까지 시골을 여행합니다. 그녀의 대상은 Lasioglossum Albipes입니다.이 부서는 소위 땀 꿀벌의 특이한 종입니다. 그들이 어디서 태어난 지에 따라,이 꿀벌들은 대부분 혼자, 자신의 젊은이를 키우거나, 젊은이를 돌보는 것과 음식을 먹는 것과 같은 과제가 나뉘어지고 모든 회원이 보상을받는 곳으로 살아갑니다.
.꿀벌은 복잡한 협력 사회에 전설적이지만, 대다수의 벌 종은 독방 생물입니다. 생활 방식을 채택하거나 혼자 사는 상황이나 지역 사회의 일환으로 상황이 지시되는 사람은 거의 없습니다. 이 종은 독방 존재에서 사회적 존재로의 진행의 중간 단계를 나타내기 때문에 특히 흥미 롭습니다. "사회 곤충은 독방 조상들로부터 어떻게 진화 했습니까?" 뉴햄프셔 대학교 (University of New Hampshire)의 생물 학자 인 산드라 레안 (Sandra Rehan)은 비슷한 행동 유연성을 가진 다른 벌을 연구한다고 말했다. "엘. Albipes는 종 내에서 사회적 진화를 보는 좋은 방법입니다.”
L. albipes는 사회적 또는 독방 생활 양식을 채택 할 수있는 꿀벌 품종 중에서이 선택이 유 전적으로 결정된 것으로 보이는 유일한 알려진 종입니다. 이것은 행동의 유전 적 근본에 관심이있는 Drew Kocher가 종에 대한 것입니다. L. albipes의 두 종류의 게놈을 비교하면 Kocher에게 게놈에서 정확히 어떤 방식 으로든 행동하게 만드는 것을 드러 낼 수 있습니다.
"사회적 꿀벌을 만드는 데 무엇이 필요합니까?" 일리노이 대학교의 생물 학자 인 Gene Robinson에게 물었고 또 다른 꿀벌 게놈 프로젝트에서 Kocher와 협력합니다.
지금까지 과학자들은이 질문에 대한 답을 힌트합니다. 독방과 사회 꿀벌의 초기 비교는 두 그룹간에 다른 두 가지 주요 종류의 유전자를 발견했습니다. 신진 대사에 관여하는 유전자, 사회 곤충의 다른 위조 및 에너지 요구를 반영 할 수 있으며, 세포 간 신호 전달에 영향을 미치는 유전자, 이는 사회적 의사 소통이 향상 될 수 있습니다. 그러나 사회 게놈의 핵심은 다른 유전자뿐만 아니라 그 유전자가 어떻게 제어되는지 - 발달 중에 켜지거나 끄는시기와 어디에 있는지에도있을 수 있습니다.
꿀벌 연구자들은 주요 통찰력이 진행중인 프로젝트에서 나올 가능성이 높으며, 올해 말에 발표 될 예정인 논문이 10 종의 꿀벌의 게놈 서열을 비교할 것으로 예상했다. 이것은 유전자가 조절되는 방식의 차이를 탐구하기위한 전례없는 도구를 제공 할 것이며, 이는 꿀벌의 사회적 삶뿐만 아니라 인간을 포함한 다른 동물의 사회적 행동에도 불을 붙일 수 있습니다.
.Kocher 's Sweat Bee는 꿀벌이 게놈을 시퀀싱 한 이후 10 개이자 최초의 꿀벌 종 중 하나입니다. 그녀의 표본을 잡은 후 - 독방 땀 꿀벌은 주로 프랑스 동부의 더 시원한 산악 지역과 남쪽과 서쪽의 사회적 형제들에서 나왔습니다. Kocher는 BGI로 알려진 중국의 거대한 시퀀싱 시설에서 DNA를 해독하도록 보냈습니다. 12 월에 발표 된 첫 번째 시퀀싱의 결과는 이미 일부 차이점을 지적했습니다. 예를 들어, 대사와 관련된 유전자는 L. albipes에서 빠르게 변화하고 있으며, 이는 사회 꿀벌에 대한 다른 연구를 반영한다는 발견입니다.
하버드 생물 학자 나오미 피어스 (Naomi Pierce)와 호피 호크 스트라 (Hopi Hoekstra)와 함께 일하는 박사후 연구원 인 코 체퍼 (Kocher)는“신진 대사는 사회적 행동에서 중요한 역할을 계속하면서 계속해서 계속 튀어 나와있다”고 말했다. 인슐린 신호 전달과 같은 일부 대사 과정은 꿀벌의 노동 분열에서 중요한 역할을하는 것으로 보입니다. 새로운 발견은 이러한 동일한 경로가 L. albipes의 사회적 행동의 진화에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 연구원들은 또한 사회적 L. albipes의 냄새 감각이 그들을 독방 L. albipes와 구별 할 수 있다는 힌트를 발견했지만 과학자들은 그 결과를 확인하기 위해 더 많은 꿀벌을 분석하는 더 큰 후속 연구가 필요하다는 것을 경고합니다.
.꿀벌의 정교한 사회는 엄격한 노동 분업에 의존합니다. 여왕은 알을 낳고, 일부 곤충은 벌집에 남아 젊은이들을 키우고, 다른 곤충은 꽃가루를 찾기 위해 벌집 너머로 여행합니다. 이 직업의 소포는 eusociality 또는 진정한 사회주의라고 불리는 가장 극단적 인 사회 사회의 정의 특징입니다. (접두사“EU”는“잘”또는“좋은”에 대한 그리스어 단어에서 유래합니다.) 간호사 꿀벌과 포르 게르는 벌집을위한 궁극적 인 희생을하여 젊은이들을 위해 재생산하고 먹이를주고 돌볼 권리를 포기합니다. 그의 저서“지구의 사회 정복”에서 생물 학자 에드워드 오 윌슨 (Edward O. Wilson)은 eusociality의 진화를“생명의 역사의 주요 혁신 중 하나”라고 묘사했다. 유사 사회 사회는“유기체의 다음 수준의 생물학적 복잡성 인 슈퍼 유기체”를 생성한다고 그는 썼다.
.동물 생활의 menagerie 중에서, 유사성은 드 rare니다. 꿀벌의 90 % 이상이 독방입니다. 로빈슨은“그러나 eosocial 종은 지구에 큰 영향을 줄 수있다”고 말했다. 예를 들어 꿀벌은 우리의 가장 중요한 수분 조절제이며 흰개미 및 킬러 꿀벌과 같은 다른 유사 종은 우리의 가장 큰 해충 중 일부입니다. Robinson은“고도로 통합 된 식민지를 통해 개인보다 더 많은 영향을 줄 수 있습니다.
꿀벌을 사회를 공부하기위한 좋은 후보자를 만드는 자질 중 하나는 개미와 흰개미와 달리 사회적 및 독방 종을 모두 가지고 있다는 것입니다. 사회 개미 종의 점수는 모두 하나의 일반적인 사회 조상에서 진화했지만, 꿀벌의 eosocial 본질은 독립적으로 여러 번 진화했습니다. 그것은 과학자들이 다양한 사회 종들 사이에서 유전 적 공통점과 그들이 독방 사촌과 어떻게 다른지를 찾을 수 있음을 의미합니다.
Robinson은“지금 우리는 정말 흥미로운 기간 중에 있으며 게놈 정보를 사용하는 진화 연구가 점점 더 많이 나오고 있습니다.
유전자 기술이 진화함에 따라 로빈슨 팀은 꿀벌의 전체 게놈과 다른 꿀벌의 부분적인 게놈을 시퀀싱했습니다. 다른 종의 단백질을 비교함으로써 그들은 꿀벌 공동체의 정교한 사회 구조를 가능하게하는 유전 적 변화의 모음 인 사회적 행동을위한 유전자 툴킷을 찾기를 희망합니다. 모든 사회 종이 동일한 유전자 또는 유전 적 경로에서 변화를 나타내는 경우, 동일한 과정에 관여하는 유전자를 의미하는 경우, 다양한 종류의 사회적 꿀벌이 사회적 행동을 만드는 일반적인 전략에 정착했음을 시사합니다. 이러한 툴킷은 눈 발달과 같은 다른 생물학적 특징에 대해 확인되었습니다.
2006 년에 꿀벌은 모기와 과일 파리 후 게놈이 디코딩 된 세 번째 곤충이되었습니다. 비 사회적 곤충과 비교하여 꿀벌은 냄새에 관여하는 유전자, 특히 화학 페로몬을 인식하는 분자 수용체를 가지고 있습니다. 이 화학 물질은 낯선 사람을 둥지 동료와 구별하고 다른 사회 카스트를 감지하는 방법과 같은 사회적 의사 소통에 필수적인 역할을합니다.
로빈슨의 팀은 독방과 사회의 10 종의 꿀벌의 부분 게놈을 비교했습니다. 2011 년에 발표 된 결과는 모든 사회 종에서 진화 한 것으로 보이는 두 가지 일반적인 유전자 범주 (탄수화물 대사에 관여하는 유전자와 세포 간의 의사 소통에 관여하는 유전자를 확인했습니다. 과학자들은 이러한 변화가 곤충에 어떤 영향을 미쳤는지 아직 정확히 알지 못합니다. 신진 대사와 관련하여 로빈슨은 수백에서 수천 명의 회원의 둥지에 사는 사회 꿀벌이 더 높은 에너지 요구를 가질 수 있다고 추측합니다. 예를 들어, 그들은 둥지를 데우고 냉각시켜야하며, 독방 대응 자들과는 다른 젊은이들을 다르게 먹이게합니다. 외로움 꿀벌은 계란에 꽃가루 한 덩어리를 남겨두고 손을 닦아내는 반면, 사회 종은 유충에 노예가 있습니다.
로빈슨은 의사 소통 유전자의 변화가 사회 꿀벌의 뇌의 변화를 암시 할 수 있다고 말했다. 사회 꿀벌은 아마도 하이브 메이트를 인식하고 유명한 춤을 수행하고 해석하는 데 전념하는 특별한 신경 회로가 필요할 것입니다.
1980 년대 대학원생으로서 로빈슨은 벌집을 바라 보는 현장에서 몇 주를 보냈으며, 각 꿀벌의 움직임을 신중하게 차트로 날아 갔다. 그가 가장 잘 기억하는 꿀벌은 노란색 57, 그녀의 컬러 태그의 숫자로 알려져 있습니다. 그녀의 자매들은 시간당 1 ~ 3 개의 구조 여행을했지만 노란색 57의 길은 훨씬 더 빈번했습니다. 그녀는 시간당 10 번의 여행을 시작했으며 각각 3 분만 지속되었습니다. Robinson은 대부분의 Forager Bees와 같이 꽃가루를 찾아 꽃에서 꽃으로 방황하는 대신 근처 개울에서 물을 모으고 있음을 발견했습니다. 로빈슨은 그녀는 고도로 전문화 된 물 forager였으며, 가장 고도로 전문화 된 꿀벌은 기록 된 지금까지 기록했다. Yellow 57의 이야기는 젊은 생물 학자의 경력을 형성하여 꿀벌이 어떻게 그런 정확한 경력 선택을하는지 알아 내도록 영감을 줄 것입니다.
지난 22 년 동안 로빈슨과 다른 사람들은 유전학 이이 노동 분업에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 데 큰 진전을 보였습니다. 마거 꿀벌은 예를 들어 퀸과 같은 뇌에서 다른 패턴의 활성 유전자를 가지고 있습니다. 그리고 간호사에서 forager 로의 전환은 유전자 활동의 조심스럽게 조정 된 변화에 의해 유전자가 켜지거나 끄는시기에 트리거됩니다.
로빈슨과 다른 사람들은 비슷한 변화가 개인보다는 전체 종에 행동하여 사회적 행동이 더 광범위하게 기초 될 수 있다고 생각합니다. 전체 게놈의 활성이 오케스트라로서 상상하고, 각 음악가가 단일 유전자를 나타내는 경우, 결과적으로 성능은 플루트 나 뿔과 같은 악기가 포함되는지에 달려 있습니다. 또한 연주 할 때, 얼마나 큰 소리로, 심지어 어떻게 배열되는지에도 중요합니다. 이러한 요소를 변경하면 완전히 다른 구성이 발생할 수 있습니다. 마찬가지로, 유전자가 켜지거나 끄는시기와 장소를 변화 시키면 노동 분열과 같은 다른 행동을 초래할 수 있습니다. 인간을 포함한 다른 종에 대한 이전의 연구는 유전자 활동의 변화가 진화에 큰 영향을 줄 수 있음을 보여주었습니다.
유전자 활성을 제어하는 게놈의 일부에서 변화를 찾으려면 과학자들은 단백질을 생성하는 부분이 아닌 전체 게놈을 검사해야합니다. (게놈의 작은 부분 인 단백질 코딩 영역은 초기 연구의 초점이었다.) Robinson은 2010 년에 10 개의 꿀벌 종의 전체 게놈을 시퀀싱하기 위해 새로운 프로젝트를 시작했으며 그의 팀은 오케스트라를 지시하는 악보와 유전 적 동등성을 제공하기를 희망한다.
.이 연구를 위해 Robinson의 팀은 꿀벌을 포함한 아피다와 코치의 땀 꿀벌, L. albipes를 포함한 halictidae를 진화시킨 두 벌통에서 종을 선택했습니다. 꿀벌의 두 가족 모두 독방과 사회 종을 포함하지만, 두 혈통은 5 천만 년이 넘는 협동 자본을 진화시켰다. 피어스는“이론적 근거는 진화 시간에 의해 분리 된 종을 비교함으로써 그들 사이에 공통적 인 유전자가 아마도 행동에 중요하다는 것이다.
꿀벌 종은 가장 복잡한 형태의 eusociality를 가지고 있으며, 수만 명의 개인을 정교한 카스트 제도로 나눈 수만 명의 개인 사회에 살고 있습니다. 대조적으로, Halictidae는 훨씬 간단한 노동 분업을 가진 소규모 사회에 살고 있습니다. 특히이 가족은 사회적 행동이 선택적 인 것처럼 보이는 몇 안되는 꿀벌 종을 포함합니다. 꿀벌은 더 긴 계절에 따른 따뜻한 기후에서 협력하는 경향이 있습니다. (Kocher의 종인 L. Albipes는 유일한 유일한 halictid입니다. 라이프 스타일이 유 전적으로 인코딩되는 것으로 나타났습니다. 다른 사람들에게는 선택이 환경 적 요인에 의해 영향을받습니다.)
Robinson은“Halictidae는 어떻게 든 '팁 포인트'에 더 가깝습니다. "팁을주는 지점에 포기되면 eusociality의 기원의 유연성에 대한 진화론 적 질문에 강력 해집니다."
.연구원들은 아직 다양한 halictid와 honeybee 종의 비교에서 결과를 발표하지 않았습니다. 그러나 Kocher의 L. Albipes 게놈의 초안 (시퀀싱 된 최초의 halictid)은 그들이 찾을 수있는 것에 대한 힌트를주는 것입니다. 13,000 개의 유전자 중 약 8,000 명이 다른 곤충이나 다른 종에 상대방이있어 과학자들에게 그들의 기능에 대한 통찰력을 제공합니다. 그러나 나머지는 미스터리입니다. 이 유전자 중 2 천은 더 넓은 halictid 가족에게 독특합니다. 이들 중 다수는 세포 신호 전달과 관련된 성분을 가지고 있지만 과학자들은 다른 유기체에 알려진 대응 물이 없기 때문에 유전자의 기능을 아직 알지 못합니다. L. albipes 게놈을 다른 곤충과 비교하면, 연구자들은 꿀벌이 인슐린 신호 및 해독과 관련된 유전자 패밀리에 더 많은 유전자가있는 것으로 보이며, 이들 과정에서 이러한 과정이 중요 할 수 있음을 시사한다.
.진정한 통찰력은 L. Albipes의 사회적 및 독방 품종을 비교함으로써 발생할 수 있습니다. 피어스는 단일 종 내에서 유전 적 변화를 찾는 것이 다른 종을 보는 것보다 미세 조정 된 접근법이라고 말했다. 사회적 행동은 표본의 주요 차이이기 때문에, 발견되는 유전 적 차이가 무엇이든지 신체 모양과 같은 다른 요인보다는 사회적 행동과 관련이있을 수 있습니다. 피어스는“이것은 우리가 관심있는 유전자를 식별하는 데 도움이 될 것입니다. 그리고 우리는 더 넓은 그림을 볼 수 있습니다.
지금까지 Kocher와 그녀의 공동 작업자들은 하나의 독방과 하나의 사회 벌만 시퀀싱하여 결정적인 결론을 도출하기가 어렵습니다. 그러나 그들은 몇 가지 가능성이 있습니다. 사회적, 독방 L. albipes는 냄새가 좋은 수용체의 차이를 보여 주며, 이는 특정 냄새를 감지하여 사회적 행동 에서이 시스템의 필수 역할을 시사합니다. 이 연구에 관여하지 않은 미국 농무부의 곤충 학자 인 제이 에반스 (Jay Evans)는“사회 곤충에는 누가 식민지의 일부인지 알아내는 데 실질적인 프리미엄이있다”고 연구에 참여하지 않은 미국 농무부의 곤충 학자 인 제이 에반스 (Jay Evans)는 말했다. "사회적 인 것은 둥지 동료 나 침입자를 인식하는 능력입니다."
후각 유전자 외에도, 사회 유전자의 후보는 뉴런이 올바른 위치에서 성장하고 특정 뇌 화학 물질을 분해하는 뇌 연관 유전자를 포함합니다.
과학자들은 다른 진행중인 프로젝트의 로빈슨의 10 개 게놈 및 추가 꿀벌 게놈 인 L. Albipes 게놈 인 새로운 자원은 사회적 행동의 유전학에 대한 더 큰 통찰력을 제공 할 것이라고 말합니다. 꿀벌이 사회적 정교함에 우리를 능가했을 수도 있지만, 그들은 여전히 우리 자신의 행동에 대해 우리에게 가르쳐 줄 무언가가있을 수 있습니다. 로빈슨은“꿀벌은 사회적 행동 극단 주의자이다. "그리고 생물학에서는 종종 극단 주의자들을 보면서 일반적인 통찰력을 배울 수 있습니다." 예를 들어, 인간의 경우 사회 환경을 포함한 환경에 대한 정보가 건강과 건강에 어떤 영향을 미치는지 알아 내기가 어려웠다 고 Robinson은 말했다. "꿀벌은 이것을 탐색하기위한 훌륭한 모델 시스템입니다."
