O profesorze Woyke i kilku jego odkryciach

Nie sposób opisać w jednym artykule wszystkich osiągnięć profesora Jerzego Woyke. Dość powiedzieć, że podczas kariery naukowej opublikował ponad 800 prac, w których obalał mity i prezentował odkrycia rewolucjonizujące wiedzę pszczelarską.

Postanowiłam przytoczyć część ważnych badań profesora, bo nazbyt często w polskim internecie (i nie tylko) pojawiają się informacje, które profesor Woyke już dawno obalił. Praca profesora leży u podstaw światowego sukcesu polskich hodowców matek pszczelich, bo jego odkrycia modernizowały praktyczne aspekty procedur unasieniania, o czym piszę niżej.

Badania naszych naukowców powinny wzbudzać większe zainteresowanie, zwłaszcza że większość z nich jest prowadzona w warunkach Polski.

Prof. Jerzy Woyke. Fot. Hanna Musiałówna

Przebieg kopulacji matek i trutni

Wielu autorów, zarówno polsko-, jak i obcojęzycznych utrzymuje, że lot weselny to wciąż nierozwikłana zagadka. Naukowiec jako jeden z pierwszych odkrył, że samica kopuluje wielokrotnie podczas lotu weselnego. Opublikował to odkrycie w 1955 r. W tamtych czasach panował pogląd, że matka pszczela ma tylko jednego partnera.

Profesor dowiódł, że tak nie jest, porównując ilość spermy w drogach rodnych matki, która odbyła lot weselny, z ilością spermy w aparacie kopulacyjnym trutnia. Dzięki tej analizie stało się jasne, że podczas sztucznego unasieniania matki należy wprowadzić do jej dróg rodnych nawet dwa razy większą ilość nasienia, niż do tamtej pory zalecano.

Te badania wykazały także, że nie każda matka wraca z lotu weselnego ze znamieniem weselnym, ale to nie oznacza, że nie została ona unasieniona. Takie matki składają również zapłodnione jajeczka.

Czasami matki pszczele wykonują loty weselne kilka razy. Profesor Woyke badał to zjawisko przez 4 lata od 1960 roku. Odkrył, że powodem ponownego opuszczenia gniazda przez samicę jest zbyt mała ilość nasienia i niska liczba plemników w zbiorniczku nasiennym. Profesor dokonał tego odkrycia, obserwując ponad 600 matek, które w sumie wykonały 2434 loty.

Zanieczyszczenie nasienia trutnia, w wyniku nieprawidłowego obchodzenia się z ciałem owada. Fot. Jerzy Woyke

Pełne wynicowanie aparatu kopulacyjnego trutnia. Fot. Jerzy Woyke

Częściowe wynicowanie aparatu kopulacyjnego trutnia. Fot. Jerzy Woyke

W abstrakcie pracy „Nie matka pszczela, lecz truteń decyduje o zakończeniu lotu weselnego i rozpoczęciu przez nią składania jaj” przedstawionej podczas 53 Naukowej Konferencji Pszczelarskiej w Puławach (2016 r.), możemy przeczytać:

„(…) Badałem znamię weselne, tkwiące w komorze żądłowej matek bezpośrednio po ich powrocie do gniazda. Okazało się, że pomarańczowe błonki okrywające znamię weselne nie pochodziły z rożków narządu kopulacyjnego trutnia, który kopulował z matką i pozostawił to znamię.

Błonki te pochodziły od kolejnego trutnia, który usiłował kopulować z matką, lecz nie zdołał usunąć znamienia poprzednika. Ponieważ dalsze kopulacje okazały się niemożliwe, matka kończyła lot weselny i wracała do gniazda. W rezultacie to ostatni truteń kopulujący z matką rozstrzygał o zakończeniu lotu weselnego”.

Ponieważ od zaczopowania komory żądłowej matki, zależy, ile nasienia zgromadziła, to samiec determinuje również czas rozpoczęcia składania jaj. Jeśli bowiem plemników jest zbyt mało w zbiorniczku nasiennym, matka będzie musiała powtórzyć lot weselny, co oczywiście opóźni rozpoczęcie przez nią czerwienia. Zwykle matka zaczyna składać jaja 1-3 dni po ostatniej kopulacji.

Matka po powrocie do gniazda stara się usunąć znamię weselne z końca odwłoka, pocierając nim o plaster. Często robotnice pomagają jej usunąć znamię, pociągając je szczękami.

Żywotność plemników

Z badaniami naturalnego unasieniania pszczół, niezbędnych do opracowania prawidłowej technologii sztucznego unasieniania, wiąże się temat nasienia trutni. Profesor badał plemniki przebywające w różnych organach pszczół i odkrył, że żywotność plemników znajdujących się w pęcherzykach nasiennych trutnia wynosi 98,1%, podczas gdy w jajowodach matek spada o 10%.

Co interesujące zmniejszenie żywotności plemników nie wiązało się z warunkami panującymi w komorze żądłowej matki, lecz z ciśnieniem powstającym w czasie sztucznego unasieniania matek.

Napis na transparencie: Woyke prof. zaprasza na kurs genetyki i hodowli matek pszczelich, Uniwersytet w Suwon pod Seulem w 2003 r. Fot. Jerzy Woyke

W bulwie częściowo wynicowanego narządu kopulacyjnego żywotność plemników wynosiła aż 97,7%, a na powierzchni całkowicie wypchniętego narządu mniej, gdyż 94,8%. Również pobieranie nasienia za pomocą strzykawki z igłą do unasienienia matki obniżyło żywotność męskich komórek rozrodczych do 89,1%.

Gdy ciśnienie wewnątrz częściowo wynicowanego narządu kopulacyjnego zwiększało się, to żywotność plemników spadała do 87%.

Skoro wspomniałam o częściowym wynicowaniu narządu kopulacyjnego trutnia, to przytoczę kolejne badania profesora, w których sprawdzał, dlaczego narząd kopulacyjny w ogóle się zatrzymuje w czasie wynicowania.

Wynicowanie narządu kopulacyjnego trutnia składa się z dwóch faz: częściowej i całkowitej. Między tymi dwiema fazami wynicowanie zatrzymuje się. W pierwszym etapie, w wyniku podniecenia trutnia, pojawia się na końcu narządu kopulacyjnego smukły koniuszek, tzw. szyjka.

Podczas lotu weselnego i zbliżenia trutnia do matki, to właśnie najpierw ten smukły koniec jest wprowadzany do ujścia pochwy, a dopiero później narząd kopulacyjny wynicowuje się dalej.

Wynicowanie endofallusa jest zatrzymywane przez szyjkę (korytarz) o wąskim świetle, nie dopuszczając części bulwiastej narządu kopulacyjnego (w której znajduje się sperma) do pełnej erekcji. Dopiero gdy ciśnienie odpowiednio wzrośnie, ścianki szyjki rozstępują się, przepuszczając bulwę z nasieniem.

Dzięki nagłemu wzrostowi ciśnienia, nasienie zostaje wstrzyknięte do jajowodów matki z dużą siłą. Dalszy wzrost ciśnienia w narządzie kopulacyjnym powoduje wypchnięcie narządu kopulacyjnego z końca odwłoka matki. Dzięki temu truteń oddziela się od matki.

Jest to ważny mechanizm biologiczny, gdy wiele trutni kopuluje z matką. Dwufazowe wynicowanie jest też istotne dla hodowców, podczas pobierania nasienia do sztucznego unasieniania, ponieważ najłatwiej pobierać nasienie z szyjki narządu kopulacyjnego, pojawiającej się w pierwszej fazie wynicowania.

Takie same mechanizmy zachodzą u trutni Apis dorsata i A. cerana.

Zmiany w jajach pszczół miodnych

Wielkość jaj pszczoły miodnej wkrótce po złożeniu ich komórek plastra wynosi: długość 1,57 mm, szerokość 0,37 mm i objętość 0,114 mm³. Profesor ustalił też, że jajeczka pszczele zmieniają swą wielkość w czasie po złożeniu ich do komórek plastra przez matkę pszczelą.

W jajeczku rozwija się embrion przez około 70 godz. Embrion bezpośrednio przed wyjściem z jaj obraca się o 180°. Tam, gdzie przez cały czas znajdował się grzbiet, obecnie znalazła się strona brzuszna embriona. Jest to tak zwana embriokineza. Takie położenie embriona ułatwia wykluwanie się larwy z jaja.

Profesor sprawdzał wielkość jajeczek i embrionów co 7,5 godz., mierząc aż 2475 jajeczek i dokonując łącznie 7425 pomiarów. Co interesujące, wymiary jaja zmieniały się wraz z upływem czasu: przez pierwsze 57 godz. skracały się, zwężały i kurczyły, po czym znowu rosły.

Było to wynikiem zmian wielkość embrionu. Masa całego jajeczka spadła ostatecznie do 65% [Woyke 1998].

Determinacja płci u pszczół

Przełomowymi pracami dotyczącymi zrozumienia procesu zapłodnienia i rozwoju pszczół były te opublikowane w 1963 r. We wstępie profesor podkreślił, że odkąd ksiądz Dzierżon w 1845 r. odkrył partenogenezę trutni, sądzono, że samce powstają wyłącznie z niezapłodnionych jaj.

Jednak w 1940 Whiting dowiódł, że diploidalne samce pasożytniczych os z rodzaju Habrobracon pojawiają się razem z haploidalnymi, aczkolwiek są mniej żywotne.

Dlatego profesor Woyke postanowił sprawdzić, czy zjawisko to może istnieć również u pszczół miodnych, a także zbadać, czy allele w locus X są związane z determinacją płci u tego gatunku.

Geny decydujące o płci wielu zwierząt znajdują się w chromosomie w pewnym miejscu zwanym locus X. Bardzo często istnieją tylko 2 geny płci X i Y. Jeden z tych genów, X lub Y może znaleźć się w locus X.

Okazuje się jednak, że u niektórych zwierząt jak np. u osy Habrobracon istnieje więcej genów płci, z których każdy może znaleźć się w locus X. Geny o takich właściwościach nazywają się allelami. Jeżeli po zapłodnieniu jaja znajdą się w nim dwa różne allele, np. ab, ad, ch, mo itd., powstaje jajo heterozygota, z którego rozwija się samica.

Jeżeli po zapłodnieniu jaja znajdą się w nim dwa takie same allele, np.: aa, bb, kk, gg, powstaje homozygota, z której rozwija się diploidalny samiec. U pszczół jest to diploidalny truteń.

Profesor unasieniał matki nasieniem jednego brata trutnia. W takim nasieniu znajdowały się plemniki albo z jednym, albo z drugim allelem takim jak u matki. We wszystkich jajach składanych przez matki 50% jaj było hetorozygotami, a drugie 50% było homozygotami.

Gdy na pierwszym plastrze pojawił się czerw kryty, okazało się, że zasklep czerwiu na wszystkich komórkach był płaski jak na czerwiu z robotnicami. Po przepoczwarczeniu się czerwiu i otwarciu zasklepu można było przekonać się po oczach poczwarek, że wszystkie są robotnicami.

Dowodzi to, że determinacja płci u pszczół zależy od alleli płci. Czerw był bardzo rozstrzelony, gdyż połowa komórek była pusta. Przeżywalność tego czerwiu wynosiła 50%. Dalsze badania wykazały, że u pszczół istnieje 12 alleli płci.

Jerzy Woyke w Mysorze, Indie. Przed pałacem maharadży. Na pałacu znajdowały się 34 gniazda pszczoły olbrzymiej.
Fot. Jerzy Woyke

Należało jeszcze zbadać co dzieje się z larwami z homozygotycznych jaj, to jest z larwami diploidalnych trutni.

Co dzieje się z larwami diploidalnych trutni?

Profesor najpierw zbudował szklany ul z jednym plastrem pośrodku. Z obu stron znajdowały się szyby, przez które można było obserwować pszczoły. Przez mikroskop binokularny można było dokładnie badać jaja i larwy znajdujące się w komórkach.

Do tego ula wstawił plaster z czerwiem pobrany z gniazda, gdzie matka składała 50% jaj heterozygotycznych, z których wylęgały się larwy robotnic i 50% jaj homozygotycznych, z których wylęgały się larwy diploidalnych trutni. Larwy diploidalnych trutni znikały.

Profesor zobaczył przez mikroskop, że w ciągu 6 godzin po wylęgnięciu się z jaja pszczoły karmicielki łapały szczękami niektóre larwy, wyciągały je z dna komórki i zjadały żywe, ruszające się. Po zasklepieniu komórek wszystkie zasklepy były płaskie. Po przepoczwarczeniu się czerwiu okazało się po sprawdzeniu wyglądu oczu, że wszystkie poczwarki były robotnicami.

Pszczoły karmicielki musiały więc w jakiś sposób odróżniać diploidalne larwy robotnic od diploidalnych larw trutowych. Należy przypuszczać, że larwy trutni diploidalnych miały jakąś substancję, która powodowała, że karmicielki je zjadały.

Martyna Walerowicz

Artykuł autoryzowany i uzupełniony przez pana profesora Jerzego Woyke. W kolejnym numerze „Pasieki” ukaże się druga część artykułu.

Zamów prenumeratę czasopisma "Pasieka"