ความลับของน้องผึ้ง <๑๒>พันธุศาสตร์และการผสมพันธุ์ของน้องผึ้ง

     วันนี้ขอนำเรื่องราวการผสมพันธุ์ของน้องผึ้งมาเล่าให้ฟัง (อ่าน) กันนะครับ...(ค่อนข้างเป็น Lecture เสียหน่อย เป็น lecture ของท่านอาจารย์วันดี วัฒนชัยยิ่งเจริญ ต้องขอขอบคุณมา ณ ที่นี้)

• พื้นฐานเรื่องการผสมพันธุ์คือ  Spermatozoa (n) + Egg (n) เกิดการปฏิสนธิ หรือ Fertilization มีการรวมกันของ โครโมโซมเป็น 2n (diploid) ได้ Fetilized egg (ไข่ที่ได้รับการผสมแล้ว) หรือ zygote (ไซโกต)
• เมื่อ sperm+egg ได้ Fertilized egg (2n) ลูกที่ได้จะเป็นเพศเมียเสมอ...(พบในพวกแมลงโดยเฉพาะน้องผึ้งของเราครับ) หมายความว่าเมื่อผึ้งนางพญาวางไข่และนำน้ำเชื้อที่เก็บไว้ใน spermatheca (ถุงเก็บน้ำเชื้อตัวผู้) ลูกที่เกิดมาจะเป็น เพศเมียเสมอ (เป็นผึ้งงานหรือผึ้งนางพญา)
• Arrhenotoky เป็น Parthenogenesis แบบหนึ่ง ซึ่ง Unfertilized egg จะ develop ไปเป็น Haploid male...
• ผึ้งตัวผู้ (Drone) เกิดจากไข่ที่ไม่ได้รับการผสมหรือไข่ที่ไม่ได้รับการปฏิสนธิ (Unfertilized egg) หรือเกิดจาก "ไข่ลม" ของผึ้งนางพญา ผึ้งตัวผู้จึงมีโครโมโซมที่ได้รับจากแม่เป็นแบบ Haploid (n) เราเรียกการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ (Asexual Reproduction) แบบนี้ว่า Parthenogenesis (Greek, parthenos = virgin บริสุทธิ์/พรหมจรรย์, genesis = birth การเกิด)
• แต่ผึ้งตัวผู้ก็สามารถเกิดจากการไข่ของผึ้งงานได้เช่นกัน แม้ว่าผึ้งงานจะไม่เคยบินไปผสมพันธุ์เลยก็ตาม (ภาพล่างขวา เป็นภาพรังไข่ของ Laying worker ที่สามารถวางไข่ได้ เมื่อขาด Queen Pheromone จากผึ้งนางพญาเป็นตัวควบคุม...Queen Pheromone จะควบคุมให้รังไข่ของ worker ฝ่อ หรือ ทำให้ worker เป็นหมันชั่วคราว เปรียบเสมือนผึ้งงานกินยาคุมกำเนิดนั่นเอง-ภาพบนสุด)
   
• อีกเรื่องหนึ่งที่แตกต่างกันเป็นเรื่องของอาหารที่ให้ ตัวหนอนผึ้งนางพญาจะได้รับอาหารแบบที่เรียว่า Heavy Feeding คือได้รับหรือกิน Royal jelly มาก เปรียบเสมือนกินอาหารแบบโต๊ะจีน ตลอดช่วงชีวิตตัวหนอน
• ส่วนหนอนของผึ้งงาน จะได้รับอาหารแบบที่เรียกว่า Light Feeding คือ ได้รับ Royal jelly เพียง 3 วันเท่านั้น เปรียบเสมือนได้รับอาหารแบบยาจก คือ ได้พอกินแต่ไม่อิ่ม
• ความจริงผึ้งภายในรังนั้นมี 3 วรรณะ ดังภาพด้านล่าง
  

• 	ภาพที่สมาชิกในรังผึ้ง ประกอบด้วย  ผึ้งนางพญา, ผึ้งงาน และผึ้งตัวผู้
  	ภาพจาก http://ag.arizona.edu/pubs/insects

• ผึ้งตัวผู้ (Drone) จะมีตาที่ใหญ่ ส่วนปลายท้องมนๆ... การที่ผึ้งตัวผู้มีตารวม (compound eye) ที่ใหญ่ เพราะจะต้องมีสายตาที่ดี แข็งแรง ว่องไว เพื่อที่จะบินตามผึ้งนางพญาไปผสมพันธุ์กันกลางอากาศ ดังภาพการผสมพันธุ์ของผึ้งพันธุ์
  
• ภาพแรกผึ้งตัวผู้บินตามทันผึ้งนางพญา และบินเข้าจับเพื่อผสมพันธุ์ เมื่อผึ้งตัวผู้สอดอวัยวะสืบพันธุ์เข้าไปในอวัยวะสืบพันธุ์ของผึ้งนางพญาพรหมจรรย์ (Virgin Queen) แล้วก็จะปล่อยน้ำเชื้อเข้าไป เสร็จแล้วผึ้งตัวผู้ก็จะตื่นเต้นสุดขีด ปล่อยขาที่เกาะผึ้งนางพญาออกมา และร่วงลงไปตาย ส่วนอวัยวะสืบพันธุ์ Drone sign/Mating sign ยังคงติดอยู่กับผึ้งนางพญา
• ผึ้งตัวผู้มีหน้าที่บินไปผสมพันธุ์กับผึ้งนางพญาภายนอกรังเท่านั้น โดยผึ้งตัวผู้ตัองเสียสละชีวิตตัวเองเพื่อการผสมพันธุ์หรือดำรงเผ่าพันธุ์ เมื่อเกิดการทิ้งรัง (absconding) ผึ้งตัวผู้จะถูกทิ้งให้ตายอยู่ในรัง.. 
• ผึ้งตัวผู้หาอาหารกินเองไม่เป็น เพราะส่วนของลิ้นสั้น ต้องคอยให้ผึ้งงานมาป้อนอาหารให้เท่านั้น
• ผึ้งตัวผู้จะพบมากในฤดูผสมพันธุ์ ซึ่งเป็นช่วงฤดูฝนในบ้านเรา (ประมาณเดือนพฤษภาคมถึงกันยายน)
• ผึ้งตัวผู้ที่มีอายุพร้อมที่จะผสมพันธุ์ (อายุ 10 วันขึ้นไป) จะบินออกไปรออยู่บริเวณที่เรียกว่า DCA หรือ Drone Congregation Area = บริเวณที่มีการรวมกลุ่มกันของผึ้งตัวผู้
•  
• ผึ้งเพศเมีย (Female) ได้แก่ ผึ้งนางพญา (Queen) และผึ้งงาน (worker) เกิดจากไข่ที่ได้รับการปฏิสนธิ (Fertilized egg) เมื่อตอนที่เป็นไข่นั้น ไม่มีอะไรแตกต่างกันทางด้านพันธุกรรม แต่ที่มีความแตกต่างกันเป็นเรื่องของสิ่งแวดล้อม ได้แก่ ตำแหน่งและขนาดของ Queen cell ที่อยู่ด้านล่างของรวงรังในตำแหน่งห้อยหัวลงและมีขนาดใหญ่ ส่วน worker cell อยู่บริเวณทั่วๆ ไป และตำแหน่งของหลอดรวงขนานกับพื้นโลก

• ผึ้งนางพญา (Queen) มีอายุเฉลี่ย 1-3 ปี เมื่อได้รับการผสมพันธุ์จากผึ้งตัวผู้แล้ว (อาจบินไปผสมพันธุ์กับผึ้งตัวผู้ 1-3 วัน) ก็จะเก็บ Sperm ไว้ใน Spermatheca ซึ่งสามารถนับได้ไม่ต่ำกว่า 6-10 ล้านเซลล์ (spermatozoa) และผึ้งนางพญาสามารถวางไข่ ได้ตั้งแต่ 100-2,000 ฟองต่อวัน...
• เมื่อผึ้งนางพญาวางไข่จะบีบ Sperm ออกจาก Spermatheca มาผสมกับไข่ที่ Oviduct ซึ่งตรงนี้มีความเชื่ออยู่ 2 ทฤษฎี...คือ
  1. Queen สามารถควบคุม Spermatheca Valve หรือ
  2. ขนาดของ cell เป็นตัวควบคุมการปล่อย sperm คือ ถ้าเป็น cell ของ worker ซึ่งมีขนาดเล็ก Queen จะปล่อย Sperm ให้ผสมกับไข่ แต่ถ้าเป็นหลอดรวง (cell) ของ Drone ซึ่งมีขนาดใหญ่ Queen ก็จะไม่ปล่อย Sperm เข้าผสม

• เมื่อมีการแยกรัง (กรณีเกิด Swarming Queen Cell) หรือ ที่เรียกว่า ผึ้ง Swarm ผึ้งนางพญาตัวเก่าจะแยกรังออกไปพร้อมกับสมาชิกอีกส่วนหนึ่งเพื่อสร้างรังใหม่..Queen ตัวหนึ่งสามารถต่อยได้หลายครั้งเพราะว่าเหล็กในไม่มีเงี่ยง 

 พฤติกรรมการผสมพันธุ์ของน้องผึ้ง

      ช่วงเที่ยงๆ บ่ายๆ ในวันที่อากาศแจ่มใส  ผึ้งตัวผู้จะบินไปรวมตัวกันที่ DCA โดยก่อนหน้านั้นผึ้งตัวผู้จะมีการบินสำรวจแหล่งที่มีความอุดมสมบูรณ์ เรียกการบินแบบนี้ว่า Orientation flight..

      มีคำถามที่น่าสนใจว่า "เพราะเหตุใดผึ้งตัวผู้จึงต้องไปรวมตัวกันที่ DCA?" เหตุผลจริงๆ นั้นเราไม่ทราบ เพราะเราไม่ได้เป็นผึ้ง...แต่ถ้าให้เราคิดหาคำตอบโดยประมวลจากสิ่งมีชีวิตทั้งหลายนั้น...

      สิ่งมีชีวิตต้องการดำรงเผ่าพันธุ์เอาไว้..ดังนั้นจึงต้องมีการสืบพันธุ์ในสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน ซึ่งผึ้งเป็นแมลงและเป็นสิ่งมีชีวิต ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติอันหนึ่งของสิ่งมีชีวิต คือ "การสืบพันธุ์เพื่อดำรงเผ่าพันธุ์เอาไว้"นั่นเอง...การที่ผึ้งตัวผู้ไปรวมตัวกันที่ DCA ก็เพื่อหาที่อุดมสมบูรณ์อันหนึ่ง เหมือนมีอาณาเขต ที่ผึ้งตัวผู้จะรอคอยผึ้งนางพญา...เมื่อผึ้งนางพญาผ่านมาก็จะแย่งชิงกันเข้าผสมพันธุ์ เพื่อเป็นการคัดเลือกพันธุ์ (natural selection) ตามธรรมชาติด้วย ให้ผึ้งตัวผู้ที่แข็งแรงและฉลาดที่สุดได้มีโอกาสผสมพันธุ์กับผึ้งนางพญา (มีคำถามว่าแล้วผึ้งนางพญามีการคัดเลือกพันธุ์ตามธรรมชาติหรือไม่?..อิอิ)

• DCA มี Species specific คือ มีความเฉพาะเจาะจงของ species ผึ้ง เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการผสมข้ามพันธุ์.. เช่น
  • DCA ของผึ้งหลวงอยู่ใต้ทรงพุ่มของต้นไม้ใหญ่ สูง 10-35 เมตร เฉลี่ย 25 เมตร
  • DCA ของผึ้งโพรงอยู่ต่ำลงมาอยู่ด้านข้างของต้นไม้
  • DCA ของผึ้งมิ้มอยู่ใต้ต้นไม้เตี้ยๆ
  • DCA ของผึ้งพันธุ์ อยู่ในพื้นที่โล่งเปิดโล่งแถวบริเวณต้นไม้ ที่บริเวณความสูง 5-40 เมตร
• DCA มีพื้นที่ตั้งแต่ 30-200 ตารางเมตร แล้วแต่ชนิดของผึ้ง มากสุดคือ 1,200 ตารางเมตร
• DCA ห่างจากรังผึ้งแค่ไหน ส่วนมากอยู่ใกล้ๆ แต่อาจจะอยู่ห่างไปถึง 8 กิโลเมตร
• DCA บางแห่ง ใช้มานานถึง 197 ปี, แต่บางแห่งก็ใช้มานานถึง 30 ปี
• มีคำถามว่า แล้วผึ้งตัวผู้รู้ได้อย่างไรว่าจะต้องไปที่ตรงนั้น ?

      ผึ้งตัวผู้ไปรอผึ้งนางพญาอยู่ก่อน พอถึงวันที่เหมาะ ผึ้งนางพญาพรหมจรรย์หรือ Virgin Queen ก็จะบินไปในเขต DCA

• การที่ผึ้งนางพญาบินเข้าไปในเขต DCA เราเรียกว่า Nuptial Flight (Nuptial มีความหมายว่ามีของกำนัลไปให้) ผึ้งนางพญาพรหมจรรย์จะปล่อย Queen pheromone ดึงดูดให้ผึ้งตัวผู้เข้ามาผสมพันธุ์ ผึ้งตัวผู้จะบินตามและผสมพันธุ์กันกลางอากาศ เรียกว่า Copulation on Wing แล้วอวัยวะตัวผู้หรือ Genitalia จะขาดหลุดติดผึ้งนางพญาไป ผึ้งตัวผู้จึงตายก่อนที่จะตกลงมายังพื้นดิน

• อวัยวะสืบพันธุ์ของผึ้งตัวผู้ที่ติดอยู่กับผึ้งนางพญาเรียกว่า Mating Sign (Drone sign ก็เรียก)

• ผึ้งตัวผู้ตัวอื่นๆ จะบินตามเข้าผสมพันธุ์กับผึ้งนางพญา โดยจะต้องเอาอวัยวะสืบพันธุ์ของตัวเองที่มีลักษณะเป็นเงี่ยง เขี่ยเอา Mating Sign อันเดิมออกมาก่อน
• ผึ้งนางพญาจะผสมพันธุ์กับผึ้งตัวผู้หลายตัว เพื่อความอยู่รอดของ Species
• ในการผสมพันธุ์แต่ละครั้ง ผึ้งนางพญาจะเก็บ Sperm ไว้ใน Spermatheca และจะบีบเอาบางส่วนทิ้งไป เพื่อรับ Sperm จากผึ้งตัวผู้ตัวใหม่...การที่ผึ้งนางพญาจะผสมพันธุ์กับผึ้งตัวผู้กี่ตัว อยู่ที่การตัดสินของผึ้งนางพญาตัวนั้น
• นอกจากนั้น ยังพบว่า ผึ้งนางพญาของผึ้งต่างชนิดกัน มีการผสมพันธุ์กับผึ้งตัวผู้ที่แตกต่างกัน ดังตัวอย่างการศึกษาดังต่อไปนี้

       มีคำถามใหญ่อันหนึ่ง ที่น่าสนใจคือ ประเทศไทยมีความหลากหลายทางพันธุกรรมสูง มีผึ้งอยู่ในเมืองไทยถึง 5 ชนิด ได้แก่ ผึ้งหลวง ผึ้งมิ้ม ผึ้งมิ้มเล็ก ผึ้งโพรง และผึ้งพันธุ์ ผึ้งเหล่านี้มีการผสมข้ามพันธุ์หรือไม่...ถ้ามีทำไมเราถึงไม่เห็นผึ้งพันธุ์ผสมของผึ้งเหล่านี้....

       คำตอบตือ ผึ้งไม่มีการผสมข้ามพันธุ์หรือข้ามชนิด...เพราะธรรมชาติมีการป้องกันเอาไว้เรียบร้อยแล้ว โดยมีเหตุผลประกอบดังนี้ (ซึ่งจะได้อธิบายต่อไป)

1. บริเวณ DCA อาจเป็นบริเวณเดียวกัน แต่ตำแหน่งอยู่ต่างกัน
2. ขนาดตัวของผึ้งไม่เท่ากัน ทำให้ขนาดของอวัยวะสืบพันธุ์ของผึ้งต่างชนิดกันไม่ Fit กันพอดี โดยเฉพาะจากการศึกษา Genitalia หรืออวัยวะสืบพันธุ์ของผึ้งตัวผู้พบว่ามีความแตกต่างกันอย่างมาก ในผึ้งต่างชนิดกัน...
3. ช่วงเวลาออกผสมพันธุ์ของผึ้งต่างชนิดกันจะแตกต่างกันออกไปในช่วงเวลาของวันหนึ่งๆ (ซึ่งจะได้ขยายความต่อไป)
4. ฤดูกาลของการผสมพันธุ์ของผึ้งต่างชนิดกันจะเป็นคนละฤดู หรือช่วงเดือนที่แตกต่างกัน
5. โครโมโซมของผึ้งต่างชนิดกัน จับคู่กันไม่ได้
6. Queen Pheromone ซึ่งเป็น sex attractant ของผึ้งต่างชนิดกัน มีความแตกต่างกันในรายละเอียดปลีกย่อย

       จากการศึกษา Timing = ช่วงเวลาออกบินออกผสมพันธุ์ของผึ้งตัวผู้ หรือ Drone Flight พบ ผึ้ง 5 ชนิด ออกบินผสมพันธุ์ในช่วงเวลาของวันแตกต่างกันดังนี้ (เป็นข้อมูลการศึกษาแบบคร่าวๆ ไม่สามารถอ้างอิงทางวิชาการได้)

   คำถามต่อมา ในเมื่อมี Drone Flight ช่วงเวลาที่ผึ้งตัวผู้บินออกผสมพันธุ์แล้ว ไม่มี Queen Flight ช่วงเวลาที่ผึ้งนางพญาออกผสมพันธุ์บ้างหรือ...คำตอบคือ ศึกษาได้ยากมาก เพราะว่าจำนวน Queen ที่บินออกผสมพันธุ์ จะน้อยกว่า Drone มาก

    ที่มหาวิทยาลัยนเรศวร พิษณุโลก ได้เคยศึกษา ช่วงเวลาที่ผึ้งนางพญา (Apis mellifera) บินออกผสมพันธุ์ พบว่าเวลาออกบินผสมพันธุ์จะค่อนข้างเป็นเวลาที่แน่นอน

• ช่วงฤดูฝน ตั้งแต่เดือนพฤษภาคม-เดือนตุลาคม ผึ้งนางพญาจะบินออกผสมพันธุ์ ในเวลา 15.30 น.และกลับมาในเวลาประมาณ 16.00 น.
• ในช่วงฤดูหนาว พฤศจิกายนถึงเดือนธันวาคม ผึ้งนางพญาจะบินออกผสมพันธุ์ ในเวลา 14.30 น. และกลับมาในเวลาประมาณ 15.00 น.