Как маточное молочко помогает личинкам медоносных пчел стать маткой

Исследование, опубликованное 15 марта в журнале Current Biology, объясняет, какую роль играет рН маточного молочка, делая его достаточно вязким, чтобы будущая матка не упала.

Маточное молочко вязкое, липкое и желеобразное, поэтому оно и называется «желе». Оно похоже на смесь мармелада и меда», — говорит старший автор исследования Аня Буттштедт, молекулярный эколог, проводившая исследование в Университете Мартина Лютера Халле-Виттенберг. И, как варенье в перевернутой банке, она достаточно вязкая, чтобы прилипнуть к потолку ячейки королевы и удерживать личинку в подвешенном состоянии по мере ее роста».

Личинкам, которым суждено стать королевами, не нужно висеть, чтобы нормально развиваться. Но они слишком велики, чтобы поместиться в ячейки сотов улья, и часто единственное место на улье, где достаточно места для ячеек с королевами, — это свисающие со дна ячейки. В то время как другие личинки получают небольшое количество пищевого желе напрямую, рабочие пчелы запихивают маточное молочко в ячейку матки в огромных количествах, создавая липкую массу, которая одновременно кормит личинку и удерживает ее на месте.

Такое ограничение пространства делает вязкость маточного молочка чрезвычайно важной, поэтому Баттстедт и ее команда были удивлены, когда их эксперименты с белками, входящими в состав этого вещества, полностью изменили его консистенцию. «Оно стало совершенно жидким, почти водянистым», — говорит она. Чтобы понять, что произошло, исследователи изучили маточное молочко, которое обычно имеет рН 4, при нескольких различных уровнях рН. Они обнаружили, что между pH 4 и pH 5 вязкость маточного молочка резко меняется, а при нейтральном pH оно имеет странную, жидкую консистенцию.

«И тогда мы поняли, что белок, который мы очищали при pH 4, почему-то был гораздо больше по размеру, чем можно было ожидать, исходя из его аминокислотной последовательности». В большинстве протоколов очистки используется pH 7, поэтому другие люди не ожидали и не видели такого огромного размера белка», — говорит она. Она обнаружила, что основной белок маточного молочка, MRJP1, полимеризуется с другим белком в более кислых условиях, образуя сеть волокон. Эти волокна увеличивают размер белка и играют решающую роль в изменении вязкости желе. «В конечном итоге это было недостающее звено между рН, изменением вязкости и белком», — говорит она.

Пока неясно, как эти волокна изменяют вязкость маточного молочка. Но у нее есть хорошая гипотеза о том, почему это изменение необходимо: маточное молочко производится в железах рабочих пчел и должно быть достаточно жидким, чтобы проходить через их железистые протоки. Производство желе происходит в двух отдельных железах, одна из которых производит белки при нейтральном pH, а другая — жирные кислоты, которые могут снизить pH, когда эти две секреции наконец встречаются.

Другие виды имеют аналогичные механизмы рН, которые регулируют образование важнейших белков. У человека белок, который служит основой для синтеза меланина, образует волокна только при pH 6 в определенных органеллах. Другой пример — паучий шелк. «Вы не хотите, чтобы он был слишком липким в железе, где он производится, но когда шелк выходит наружу, происходят изменения pH, которые способствуют превращению его в настоящий, прочный шелк», — объясняет она. Таким образом, изменение вязкости маточного молочка в зависимости от pH действительно имеет большой смысл — просто раньше никто не обращал на это внимания.

Чем дольше я думаю об этом, тем меньше удивляюсь», — говорит Баттстедт. Тем не менее, она планирует продолжить изучение маточного молочка и способов, с помощью которых оно превращает обычных личинок в маток. «В маточном молочке есть много других белков, и я хотела бы выяснить, что все они делают. Поскольку эти белки существуют в таком виде только у медоносных пчел, скорее всего, они используют их для чего-то особенного.