Natūrali atranka ir bičių veislės

Šį pranešimą paskatino daryti nesenai perskaitytas ir apmąstytas žymaus gamtininko – evoliucionisto I.Šmalhauzeno raštuose gana įžvalgus straipsnis „Biologinio organizmo vystymąsis istorinėje raidoje“ ir lyg į tai atsiliepiantis JAV bitininkų – profesionalų forume bičių veislių charakteristikų apžvalga pradedantiems bitininkams. Mano nuostabai pasirodė, kad tai lyg ir iliustruoja bendrus gamtininko teiginius beveik po šimto metų bitininkų profesionalų pastebėjimai per natūralių  bičių veislių ypatumus.

Pirmiausia: kas tos „natūralios bičių veislės“? Tai tokios veislės, kurios dėl ilgalaikio užsibuvimo specifinėse ekologinėse nišose, dėl geografinių aplinkybių nesusimaišė su kitomis panašios prigimties bitėmis. Tai Vidurio Europos vietinė bitė, Itališkoji bitė, Krainos (Karnikos) bitė, Kaukazinė bitė, Anatolijos bitė bei Afrikinė Scutellata bitė, Persiškoji Meda bitė, Azijinė Cerana bitė ir Dorsata bitė.

Atsakant į klausimą kaip atskiroje ekologinėje nišoje susidarė skirtingų paveldimų savybių bičių atmainos – veislės būtina žinoti kad: Mityba yra vienas iš labiausiai įtakojančių aplinkos veiksnių visų organizmų vystymuisi, funkcionavimui ir išlikimui. Vienas iš pagrindinių ir labiausiai intriguojančių socialinių vabzdžių tyrimų klausimų yra tai, kaip mityba ir aplinka gali užprogramuoti skirtingų reprodukcinių kastų vystymąsi. Nuo tada, kai 2006 m. buvo nustatytas bitės Apis mellifera genomas, buvo įgyta daug žinių apie tai, kaip genominė biologija ir molekuliniai mechanizmai reaguoja į mitybą. Integruotos įžvalgos, gautos iš ankstesnių ir naujausių bičių fiziologijos, elgesio, vystymosi biologijos, genetikos ir molekulinės biologijos tyrimų aptariamų įvairiose temose – dėl maistinių medžiagų ir virškinimo fermentų iki molekulinių fiziologinių signalizacijos takų, maitinimosi elgsenos ir mitybos bei epigenetinių mechanizmų, programuojančių lervų ir suaugusiųjų pokyčių vystymęsi. Kastos nustatymui pagrindinis dėmesys yra lervų vystymuisi, o suaugusių bičių darbininkių elgsenos pasikeitimams – suaugusiųjų mityba. Vis dar reikia gilesnio supratimo apie socialinius vabzdžius ir jų mitybos reguliavimą genomo (genetiniu paveldimumo) lygmeniu. Ateityje rekomenduojama sutelkti dėmesį į tyrimų tinklo išplėtimą ir signalizacijos kelius tarp epigenetinių ženklų ir endokrinologinių veiksnių, naudojant bitę kaip puikią modelio sistemą bendruose biologinių organizmų tyrimuose.

I.Šmalhauseno įžvalgose¹, kurios rėmėsi maždaug prieš šimntmetį egzistavusiomis genetikos mokslo žiniomis, prigimties supratimas buvo žymiai bendresnis ir jos pokičio elementu buvo laikoma „mutacija“, kurioje vėliau išsiskyrė alellės ir dar vėliau amino rūgščių esantys chromosomų dariniai. Taip pat buvo skiriamos „matomos ir nematomos“ mutacijos. Nematomos mutacijos galėjo pasižymėti kaupimosi ypatybe.

Šia tematika taip pat dėmesio vertas Thomas D. Seeley[2] straipsnis apie sulaukėjusių europietiškų bičių natūralų išliekamumą Šiaurės Amerikoje. Buvo atlikti lyginamieji genetiniaiu tyrimai ir rasta pakitimai lyginant su dabasr tose apylinkėse veisiamomis kultūrinėmis veislėmis. Akcentuojant sulaukėjusių bičių išliekamumą, kai kultūrinėse veislėse vystosi išmirimo tendencijos, situacija aiškinama: sulaukėjusių naminių bičių šeimų populiacija su Europietiška kilme išgyvena Šiaurės Amerikoje ir išlaiko save, nepaisant to, kad gyvena savarankiškai. Tai radinys yra susijęs su dirbtinai valdomų bičių kolonijų skaičiaus mažėjimo problema  Europoje ir Šiaurės Amerikoje. Kontrastas tarp šios laukinių kolonijų populiacijos stabilumo ir ir dirbtinai valdomų šeimų skaičiaus kolonijų mažėjimo rodo, kad dabartinė bitininkystės praktika prisideda prie valdomų kolonijų nuostolių, galbūt padėdama  (įamžinti) mirtinų ligų virusų plitimą, pernešant virulentiškas Varroa erkes. Kaip tai bitininkystės praktika gali pakenkti? Atrodo, kad šie keturi momentai yra svarbūs:

(1) „skiriant bičių šeimoms erkių kontrolę ir gydymą, kaip kad erkėms atsparių bičių atsirinkimą kur yra mažas erkėtumas arba visai jo nėra;

(2) sugrūstos bičių šeimos į bitynus, taip kad pirmenybė tuo būdu ligos plinta horizontaliu lygmeniu (tranai ir bitės);

(3) siekiant, kad valdomos šeimos (kolonijos), jos būtų nenatūraliai didelės, taigi kad jos būtų didelio našumo su mažais spietlumo rodikliais sunkiau pasiekti mažą  šeimų erkėtumą;

(4)  perkelinėjant šeimas iš vienos vietovės į kitą, kad būtų tik stiprus genų srautas, kuris neleidžia pasireikšti natūraliai atrankai ir vietinės alelės dažniai lieka uždaroje populiacijoje kur greitėja patogenų plitimas.

Pagal tokią bitininkystės praktiką varžoma natūrali atranka pagal padidintą atsparumą ligoms ir mažėjantį virusingumą populiacijoje bei šeimose. Tai yra paranku Varoa erkėms ir virusingumo vektoriui (indeksui). Bitininkai taip pat stabdo bičių genetinę adaptaciją klimatinėms sąlygoms ir sezonams vietinėje aplinkoje. Šiuo būdu mažėja šeimų gyvybingumas (Hatjama ir kt. 2014)[3]. Šių idėjų patikrinimui reikalingi tęstiniai tyrimai. Bet jau dabar tai aišku kad kai uždara populiacija (bitynas) ir šeimos jame yra paliekamos vienos ir leidžiama joms natūraliai gyventi, tai šitai  susidaro sąlygas bičių išliekamumo susibalansavimui su susirgimų agentais (kaip prisitaikymo atrinkėjais) ir aplinka visumoje.“

V.S. komentaras:

a) Straipsnio autoriai problemą sprendė vienpusės gamtasauginės reikmės atžvilgiu. Šis požiūris naudingas, kai norima aplinkoje pagausinti bičių, kaip natūralios biocenozės elementą: augalų apdulkintoją ir mikrofloros (dirvožemio ir augalų) konservatorių.

b)Iš vieno Lietuvos bitininko praktikos dėl Varoa erkių plitimo – jam pavyko pasiekti tokios bičių atrankos, kad veisiant ir bitininkaujant uždarai tik savo bityno genofondo medžiaga ir  bičių skyrius laikant virš 15 metų vienoje vietoje kontrolinis erkėtumas yra minimalus ddidžiajai bityno daliai visai nenaudojant nuerkinimo, o derlingumas paskutinius tris metus virš 100 kg prekinio medaus iš šeimos. Tačiau jo viename skyriuje priartėjus svetimam bitynui arčiau nei 5 km selekciją ir kontrolę tenai teko pradėti iš naujo.Taip, kad straipsnio išvados tam tikru požiūriu pamokančios.

Šią situaciją aiškinant gamtoje bičių veislių evoliucijos (tuo pačiu natūralios atrankos) požiūriu galima panaudoti ir I.Šmalhauseno teorines įžvalgas išskiriančias šiuos tris požiūrius:

1) bendrą natūralios atrankos veikimo mechanizmą;

2) jos palaikomąją įtaką pastoviomis sąlygomis ryšyje tarp konkretaus organizmo ir jo egzistavimą normalios aplinkos sąlygomis  beir galimą vaidmenį „fiksuojant“ individualios adaptacijos rezultatus;

3) dėl jos (t.y., natūralios atrankos) reikšmės pertvarkant patį individo vystymosi mechanizmą.

Natūrali atranka, skirtingai nei šiuolaikiška dirbtinė atranka , kuri vykdo teigiamų nukrypimų atranką, o ne neigiamų arba raiškių nuokrypų išmetimą.

Natūrali atranka reiškiasi per individų, o ne jų grupių eliminavimą iš evoliucijos, ir ne juose atskirų mutacijų išskyrimą, kurios išryškėja mūsų bandomose grupėse.

Natūralioje aplinkoje kiekvienas individas skiriasi nuo į jį panašaus daugeliu paveldimų ir nepaveldimų požymių pasireiškiančių to individo reakcija į aplinką. Individo mirties ar išlikimo klausimas sprendžiasi kiekvieną kartą aplinkos sąveikoje su individu visose jo vystymosi stadijose per visą jo gyvenimą. Kovoje už išgyvenimą žūva arba išlieka tie individai ir toliau tęsia savo giminę. Išliekantys individai taip pat tarpūsavyje skiriasi savo vystimosi savybėmis pagal visą morfologinę organizaciją, pagal savąją reakciją į aplinką ir savo elgseną joje (o ne individai besiskirią vienas nuo kito tik atskirais paveldimais požymiais). Čia pastebimas normalaus „laukinio“ tipo individo stabilumas ir atskirų pokyčių (mutacijų) laikinumas. Aptariant individualaus vystymosi stabilizavimo mechanizmą atkreiptinas dėmesys į pokyčio išraišką (pasireiškimą).

Dirbtinei atrankai pavyko padidinti pokyčio išraišką iki galimo maksimumo ir taip sustiprinant pokyčio dominavimą. Šie pokyčiai pasirodo esą paveldimi ir priklausomi nuo genotipo mažų pokyčių keičiančių ekspermentinių organizmų pokyčių raišką. Tokie pokyčiai buvo pavadinti „modifikatoriniais“ ir jų vaidmuo evoliucijos procese neabejotinai labai didelis. Kryžminimo metu pirminio pokyčio raiška susilpnėja dėl kryžminto individo genotipo pokyčio jo kultyvavimo metu. Statistiškai dėl atsitiktinio kryžminimo  gyvybingumas susilpnėja kaip ir vaisingumas, tai laboratorinėse kultūrose visą laiką vyksta labiau raiškių išraiškų eliminacija t.y. labiau gyvybingų ir vaisingų natūrali atranka ir populiacijoje jų gausėjimas. Tuo iš esmės ir reiškiasi natūralios atrankos stabilizacinis poveikis fiksuojantis konkrečias modifikacijas. Esant pastovioms aplinkos sąlygoms beveik visi stebimi pokyčiai yra paveldimo pobūdžio. Stabilizuojanti atranka vyks mažiau mutuojančių požymių kryptimi ir trukdys didesnioms pokyčių sankaupoms. Tuom pačiu sumažės evoliucijos plastiškumas. Natūralios atrankos ilgalaikis poveikis suformuoja tam tikrą individų tipą optimalų mažiems aplinkos pokyčiams. Tokio atrankinio tipo realus egzistavimas įrodytas lauko tyrimais[Bumpas, 1899m.; Thompson, Bell, Pearson 1911m.; Fordas 1930m.; Lukin, 1939m.]

Kaip užsiminta anksčiau aplinkos pokyčių dėka per ilgesnį laiką (evoliucijoje) gali susiformuoti naujos paveldimos individų elgsenos, kai besikaupiantys modifikatoriniai pokyčiai pasiekę tam tikrą lygį gali sąlygoti nuolatinio genotipo persitvarkymą ir su juo susijusius individo gyvybinio ciklo pokyčius (daugiausia jauname amžiuje). Konkrečių adaptyviųjų modifikacijų stabilizavimas atliekamas per laipsniškus pakeitimus ir galiausia įsitvirtina per individo paveldimumo fiksaciją duotoms egzistavimo sąlygoms.

Tuo būdu palygindami įvairias organizmo (bitės) trumpalaikius ir ilgalaikius pokyčius galime sugrupuoti tų pokyčių priežastis, o tuo pačiu įvertinti ir jų prasmę ilgalaikėje evoliucijoje. Kaip bekistų veikiamas aplinkos ir prigimties organizmas jo gyvavimo ciklo laikotarpiu pirmiausia turi galimai ilgiau išlikti jo būtis biocenozėje. Būtent šiuo principu grindžiama natūralioji atranka. Tai vertinama kaip jo gyvybingumas, bet gali būti iš vienos pusės pažeidžiama ar pakinta paveldimumo sistema, kuri kitoms kartoms perduos kaip vertingus prisitaikymo prie biocenozės įgūdžius taip ir atsitiktinai susilpnintus retai pasikartojančių neigiamų poiveikių ytaką gyvybingumui. Šie kai kurie gyvybingumo silpnintojai organizmų gali būti paveldimai perduodami per kartas ir taip palikuonyse susikaupę sukelti organizmų išsigimimą bei išnykimą biocenozėje.

Tai mes stebime laukinėse įvairių gyvūnų populiacijose. Populiacija gali atsitiesti ir įgauti naujo gyvybingumo jeigu į ją atklysta giminingos prigimties, bet skirtingus teigiamus ir neigiamus požymius gyvybingumo atžvilgiu prigimtyje turintys organizmai. Panašių efektą gali sukelti ir paveldimumo sistemoje atsirandančios mutacijos pakitus maisto šaltiniams ar lemtingiems aplinkos faktoriams. Taip formuojasi pagrindinės – epochinės organizmo atmainos vadinamos „laukinėmis“ , kaip kad miško bitės, dykumų ir kalnų bitės.

Kiek intensyvesne ir kryptingesne, galima vadinti, kultūrinimo atranką. Tai atsitinka, kai organizmai patenka į žmogaus tikslinio veisimo ir naudojimo aplinką, kada jie yra tradiciškai veisiančiųjų globojami ir stebimi. Čia žymiai pasikeičia organizmų gyvensenos sąlygos ir jų prižiūrėtojai vienokiu ar kitokiu laipsniu lemia paveldimumo priorietus.

Galiausiai nesenai išryškėjo ir trečisis atrankos lygmuo taip vadinamoji dirbtinoji atranka – kai dirbtinai atrenkamos ir sudaromos veislinės poros ne tik pagal išorinius požymius bet ir genų inžinerijos metodais pagal genu biocheminę struktūrą. Kartais tenkinamąsi ir žemėlesniu ir populiaresniu genų požymių markerių lygmeniu.

Kas yra Bičių „Stock“ (bityno pagrindu šeimų grupė – „banda“)? Apis mellifera bičių gentis? Bitynas?

„Stock“, kaip apibrėžė Davidas Tarpy iš Šiaurės Karolinos valstijos universiteto, yra terminas, apibūdinantis laisvą bruožų darinį, būdingą tam tikrai bičių grupei. Tokios grupės gali būti suskirstytos pagal rūšį, rasę, regioną, populiaciją arba veisimosi liniją komercinėje veikloje. Daugeliu atžvilgių lengviausias būdas suprasti „Bee Stock“ yra palyginti jį su tuo, kaip mes sekėme ir stebėjome lenktyninių žirgų kilmę per amžius. Dažnai yra paveldimumo linijų grupės, kurios siekia šimtus metų kokybiškose sąlygose.

Svarbu suprasti, kad nors didžioji dalis perkamų bičių yra iš šių vadinamųjų bičių rasių, iš to, ką mes žinome apie bičių veisimąsi ir motinėlių poravimąsi, ne visada lengva kontroliuoti bičių grynumą. . Be to, šios rasės vis dar apibrėžiamos iš Senojo pasaulio. Dr. Al Dietz apibrėžė terminus „bičių populiacija“ ir „rasės“ kaip „geografinės bičių rasės yra natūralios atrankos jų tėvynėje rezultatas“. Tai reiškia, kad bitės prisitaikė prie savo pradinės aplinkos, bet ne visada prie ekonominių bitininkų reikalavimų. Todėl jos yra ne rezultatas, o žaliava veisimui. Jo teiginys (1992. Honey bees of the World. The Hive and the Honey Bee) padeda suprasti, kad nors šios genetinės atmainos yra įsišaknijusios istorijoje, jos vis dar yra būdas, padedantis klasifikuoti pagrindinius skirtumus ir nėra be trūkumamų.

 Kadangi bičių veislės ypatumai išryškėja kryžminime per palikuonis, tai skiriant veisles verta pasekti kaip paveldimumui atsiliepia ir bičių veislės kultūrinimas kuris vyko ilgaisiais istorijos periodais bei taip vadinamą Filogenetinį kilmės medį nustatoma DNA mitochandriniais tyrimais[4]. Tenai medis vaizduojamas gulsčias: rodantis ryšį tarp A. m. anatoliaca ir 27 kitų Apis medaus bitčių.

Lentelė 1.Dalykai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis bičių bityno sudėtį⁴

Remiantis „American Bee Journal“[5], reikia atsižvelgti į pagrindinius dalykus ieškant ir renkantis bičių išteklius. Kiti tai vertina iki tokio išsamumo, kuris gali būti suvoktas daugiau nei nei įmanomas naujam bitininkui ar net 5 metus bitinin kaujančiam. Šie atrankos kriterijų tipai apima:

1. Produktyvumą
2. Vietą
3. Temperamentą
4. Atsparumą ligoms
5. Išgaunamo medaus kokybę
6. Linijos amžių (per kiek kartų paveldimi linijos požymiai)
7. Dauginimosi (veisimo) rodiklius
8. Spietlumą
9. Pastabumo diapazoną (rodiklių svyravimus)
10. Atsparumą aplinkos pokyčiams
11. Kitas ypatybes

Šis dešimties įvardintų bičių šeimos vertinimo kriterijų sąrašas yra lakoniškas nevienareikšmiai parankus praktikoje, todėl žymių Europos bičių selekcininkų yra modifikuotas ir išdiskutuotas[6].

pažymėtina, kad skirtingiems bitininkavimo stiliams ir tipams taikomi skirtingi kriterijai. Viskas grįžta į tai, jeigu esate bitininkas – kokie jūsų motyvai veisti ir kultūrinti bites.

Remtasi:

[1]  [из книги И.И. Шмальгаузен. Избранные труды. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии. М.: Наука, 1982. – С. 348-372].

[2] Thomas D. SEELEY , David R. TARPY , Sean R. GRIFFIN, Angela CARCIONE , Deborah A. DELANEY, A survivor population of wild colonies of European honeybees in the northeastern United States

[3] Hatjima, F., et al. (2014) Population dynamics of European honey bee genotypes under different environmental conditions. J. Apic. Res. 53, 233–247

[4] Mitohondrial DNA Part B 2020, vol. 5, No. 2, 1876–1877

[5] Honey Bee Breeds and Their Attributes (Published on March 2, 2018)

[6] The problem “Evaluation of colonies” – Paul Jungels – Mai 2001