Wybrane zagadnienia z genetyki i hodowli pszczół

Aby rozmawiać o genetyce i hodowli pszczół trzeba zdać sobie sprawę, że rodzina pszczela tworzy superorganizm, który ma cechy inne niż pojedyncza pszczoła. Rozmnaża się przez podział (roje), jest stałocieplny, a problemy odporności na choroby są bardziej zbliżone do sytuacji epidemiologicznej dużego miasta, gdzie nie fakt zachorowań, ale częstość ich występowania decyduje o statusie zdrowotnym.

A teraz porozmawiajmy o genetycznym doskonaleniu, innymi słowy o hodowli pszczół. Aby organizm, w tym i pszczoła, mógł funkcjonować musi być z czegoś zbudowany. Z odpowiednich pierwiastków, czyli z materii.

Pobiera on je z otoczenia a następnie wydala. Aby jednak ze stosu cegieł powstał kościół trzeba wykonać pracę, czyli włożyć odpowiednią ilość energii. Aby z mieszaniny pierwiastków powstała i funkcjonowała pszczoła, musi być również dostarczana energia.

A zatem, w każdym żywym organizmie nierozłącznie z obiegiem materii funkcjonuje obieg energii. Materia i energia tworzy wszystko co żywe i martwe, nie wyłączając pszczół. Zresztą jak to wykazał Einstein, materia i energia mogą nawzajem w siebie przechodzić, ale to już odrębny temat.

Z pryzmy kamieni, wkładając w nią podobną energię (pracę) można zbudować albo pałac albo mur chiński. Co zatem powoduje, że są one różne? Przyczyną są różne plany ich budowy, a ściślej zawarta w nich informacja.

Organizmy są więc zbudowane z materii, aby funkcjonowały potrzebna jest energia, ale o tym jak wyglądają, czym się różnią i jak funkcjonują decyduje informacja. Pszczoła czy trzmiel to prawie taka sama materia i potrzeby energetyczne.

Pszczoły włoskie, kaukaskie czy afrykańskie są pod względem obiegu materii i energii takie same. To różna informacja zawarta w ich komórkach decyduje, że różnią się wyglądem i sposobami działania.

W komórkach swego ciała mają bowiem zapisane informacje o wszystkich swych cechach, np. o barwie, budowie, odporności, agresywności, dynamice rozwoju, zdolności do zbierania pyłku lub nektaru itd.

Geny są to zdania lub czasem pojedyncze wyrazy, z których składa się pełny zapis tej informacji. Genotyp lub w sensie biochemicznym genom to pełny zapis informacji dotyczącej budowy i funkcjonowania organizmu, czyli innymi słowy książka zawierająca wszystkie plany budowy wraz z ich opisem i instrukcjami obsługi wszystkich procesów danego organizmu.

Genetyka jest natomiast nauką, która stara się odpowiedzieć jak zapisana, realizowana i przekazywana jest ta informacja. Są dwie drogi przekazywania informacji genetycznej.

Pierwsza to replikacja – polegająca na wiernym przekazywaniu zapisu informacyjnego z pokolenia na pokolenie. Dlatego z jajeczka złożonego przez matkę pszczelą nie wylęgnie się trzmiel. Aby takie przekazywanie było możliwe geny muszą być specjalnie zorganizowane.

Mianowicie „leżą” one jeden za drugim na chromosomach jak korale na sznurku (zatem zapis informacji genetycznej lepiej jest porównać do pisma węzłowego Indian niż do książki). Chromosomy występują zawsze parami, czyli są homologiczne.

A zatem geny warunkujące konkretne cechy występują też parami leżąc w chromosomach naprzeciw siebie (w tak zwanym lokusie). Taki stan nazywamy diploidalnym i określamy symbolem „2n”. Gameta dostaje po jednym chromosomie z pary chromosomów homologicznych, czyli tylko po jednym genie z danej pary.

Jest ona zatem haploidalna (1n). Gdy gamety się połączą by dać nowy organizm (zygotę) będzie on znowu 2n i będzie posiadać połowę genów od ojca a połowę od matki.

Druga droga przekazywania informacji to ekspresja. Każda komórka osobnika zawiera pełny zapis informacji (całą książkę), ale do jej funkcjonowania wystarczy zaledwie niewielka jej część. Aby nie naruszyć bezcennych planów (całej książki) potrzebna informacja jest w komórce kopiowana (w różnych rodzajach komórek różna) i realizowana.

W różnym wieku organizm potrzebuje różnych fragmentów tej informacji. Są specjalne rozdziały dotyczące tylko sytuacji awaryjnych, np. odporność na choroby. Zatem w każdej komórce cały czas odbywa się skomplikowany proces decyzyjny – jaką część informacji w danej sytuacji wybrać z książki, skopiować i przesłać do zrealizowania.

Skutkiem pomyłki w realizacji tej informacji może być np. nowotwór.

Genetykę można rozpatrywać na poziomie populacyjnym, osobniczym, komórkowym i molekularnym. Hodowla, szczególnie hodowla pszczół, bazuje raczej na tym populacyjnym. Nie zależy nam bowiem na uzyskaniu jednej pszczelej rodziny-rekordzistki, czy jednej rodziny odpornej na daną chorobę, ale na podniesieniu średnich wartości pasieki czy nawet kraju.

Hodowla zajmuje się takim przekształcaniem informacji genetycznej, aby zwierzęta (pszczoły) były jak najbardziej użyteczne dla człowieka. Zatem działania hodowców polegają na ingerencji w replikację.

Dopuszczając do rozmnażania tylko wybrane osobniki lub używając do inseminacji tylko określonego nasienia hodowcy bowiem decydują jaka informacja będzie przekazana następnym pokoleniom, a jaka nie. Wracając do naszych porównań, używają oni do kopiowania tylko wybrane woluminy z całego księgozbioru, a tym samym z czasem zmieniają jego charakter.

Hodowcy wybierają zatem pszczoły, które mają pożądane w ich mniemaniu geny (np. warunkujące łagodność i niską rojliwość), a eliminują niepożądane. Nie jest to jednak takie proste. Oto wybierając matkę z cennymi cechami postępujemy tak jak ktoś, kto kupuje płytę z ulubionymi utworami.

Oczywiście znajdą się tam też utwory, które mu się nie podobają. Co więcej tak jak sprytny producent, który na płycie obok przebojów umieszcza gorsze kawałki, tak i natura sprawia, że z korzystnymi cechami są powiązane niekorzystne. Mówimy wtedy o ujemnej korelacji genetycznej.

Na przykład pszczoły o dobrej dynamice rozwoju bywają rojliwe. Czyli tak naprawdę nie ma najlepszych matek. Wszystkie są pewną sumą wad i zalet. Jak już wspomniano replikacja jest to przekazywanie informacji (genów)z pokolenia na pokolenie.

Gdyby przyjąć, że ojciec i matka to dwie płyty, każda z lepszymi i gorszymi utworami (genami na lepsze i gorsze cechy), to ich potomek jest płytą, skomponowaną z połowy utworów płyty-ojca i połowy płyty-matki. O wyborze utworów decyduje jednak przypadek.

Tak więc siostry, mimo że po tych samych rodzicach, mogą być bardzo różne, gdyż do nagrania każdej z nich zostały użyte różne utwory, choć z tych samych płyt rodzicielskich (różne geny). Z tej przyczyny nikt nie może gwarantować, że potomstwo pochodzące od matek o określonych cechach będzie miało takie same cechy.

prof. dr hab. Jerzy Paleolog
Katedra Biologicznych Podstaw Produkcji Zwierzęcej
Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
fot. © Jerzy Jóźwik

Abonament