Mrówki zmieniają swoje zachowanie w obliczu choroby, by uniknąć wybuchu epidemii

Mrówki przez miliony lat stawiały czoła epidemiom szerzącym się w mrowiskach. Jeden z gatunków - hurtnica pospolita - wypracował wyrafinowaną odpowiedź, która może nas wiele nauczyć.

Wysoka gęstość zaludnienia, a także częste i bliskie kontakty między osobnikami, przyczyniają się do szybkiego rozprzestrzeniania się chorób. Gdy wybuchnie epidemia, lekarze oraz władze szukają najszybszego i najlepszego sposobu na powstrzymanie rozprzestrzeniania się choroby, jednocześnie umożliwiając społeczeństwu dalsze funkcjonowanie.

Mrówki konfrontowały się z tym samym problemem przez miliony lat. Jeden z gatunków mrówek – hurtnica pospolita (Lasius Niger) wypracował wyrafinowaną odpowiedź, która może pomóc opracować nowe i skuteczne sposoby kontrolowania chorób.

Organizacja mrowiska

Badania przeprowadzone w Instytucie Nauki i Technologii koło Wiednia w Austrii przy współpracy z naukowcami z Uniwersytetu w Lozannie zostały opublikowane na łamach pisma „Science”.

Kolonia mrówek różni się w sposobie organizacji od dużych skupisk ludzkich. Mrówki nie mają losowych interakcji z innymi członkami kolonii. Są zorganizowane w zależności od ich wieku i zadań, które wykonują. Podczas gdy młode mrówki, tak zwane "pielęgniarki", opiekują się cennym potomstwem w centrum kolonii, starsze robotnice zbierają żywność poza mrowiskiem. To właśnie te mrówki te są bardziej narażone na patogeny.

Aby chronić swoje kolonie, mrówki rozwinęły mechanizmy obronne dopasowane do ich organizacji społecznej. Gdy mrówki wychodzące poza mrowisko w celu poszukiwania pożywienia zachorują, zmieniają swoje zachowanie wobec zdrowych członków kolonii. Ale u zdrowych mrówek badacze także zaobserwowali zmianę zachowania wobec zarażonych pobratymców. Taka zmiana jest szczególnie cenna dla ochrony najważniejszych i najbardziej wrażliwych członków kolonii.

Nie dopuścić do epidemii

Naukowcy w swoich badaniach oznaczyli mrówki kodami QR, aby śledzić interakcje między mrówkami, szczególnie obserwując ich zachowanie podczas rozprzestrzeniania się choroby. W pierwszym eksperymencie umieścili oznaczenia na 2266 mrówkach. Za pomocą kamer uczeni mogli śledzić i mierzyć ruch i pozycję każdej mrówki oraz ich interakcje społeczne.

10 proc. robotnic zostało następnie narażone na zarodniki grzybów, które łatwo rozprzestrzeniają się poprzez kontakt. Porównanie kolonii mrówek przed i po ekspozycji na patogen wykazało, że mrówki szybko wykrywają obecność zarodników grzybów i zmieniają swoje zachowania tak, by wzmocnić już istniejące mechanizmy obronne.

Badacze zaobserwowali, że mrówki dzielą się na podgrupy w obliczu zagrożenia chorobą, zmniejszając tym samym ryzyko rozprzestrzeniania się patogenu.

- Mrówki zmieniają sposób, w jaki wchodzą w interakcje i z kim wchodzą w interakcje - wyjaśniła Sylvia Cremer z Instytutu Nauki i Technologii pod Wiedniem i dodała, że osobniki zaczynają się częściej kontaktować wśród podgrup zadaniowych – zbieracze pożywienia ze zbieraczami, "pielęgniarki” z "pielęgniarkami” itd. Reakcja ta była widoczna w całej kolonii. Również osobniki, które same nie miały kontaktu z zarodnikami, zmieniły swoje zachowania.

- Jest to pierwsze naukowe badanie, które pokazuje, że owadzie społeczeństwo jest w stanie aktywnie zmienić swoją organizację, aby zmniejszyć rozprzestrzenianie się chorób – powiedział Laurent Keller z Uniwersytetu w Lozannie.

Chronić królową

Dzięki wyrafinowanym narzędziom, naukowcy potrafili dokładnie określić liczbę zarodników, jaką przyjął dany osobnik. Zmiana sposobu, w jaki mrówki wchodzą w interakcje zmieniła wzorce transferu zarodników. Tylko kilka pierwszych osobników otrzymywało wysoką dawkę patogenu, co mogło wywołać chorobę. Zmiana zachowania spowodowała, że więcej mrówek otrzymało niską dawkę.

- Patogen rozprzestrzenia się na wielu osobnikach, a układy odpornościowe mrówek bardzo dobrze radziły sobie z jego niższym poziomem. Co ważne, zachował się on w postaci pamięci immunologicznej - zaznaczył Cremer.

Analizy zachowania mrówek wykazały również, że cała kolonia chroni szczególnie ważne osobniki. Królowa, tzw. „pielęgniarki” oraz młode robotnice, które wciąż mogły wnieść wiele godzin pracy do kolonii, były chronione i otrzymały najmniejszą dawkę patogenu. – Najcenniejsze osobniki muszą przetrwać – wyjaśnił Cremer.

W drugim doświadczeniu badacze sprawdzili, jak obciążenie patogenu 24 godziny po ekspozycji koreluje ze śmiercią z powodu choroby. – Oszacowaliśmy ładunek zarodników grzyba dla każdej pojedynczej mrówki, na podstawie jej interakcji z innymi mrówkami w ciągu pierwszych 24 godzin po ekspozycji na patogen. Mrówki z wysokim przewidywanym ładunkiem zarodników częściej umierały dziewięć dni po ekspozycji niż mrówki o niskim obciążeniu. Śmierć zebrała największe żniwo wśród robotnic wychodzących poza mrowisko w poszukiwaniu pożywienia - przyznała Nathalie Stroeymeyt z Uniwersytetu w Lozannie, współautorka publikacji.

W jaki sposób mrówki wspólnie zajmujące się problemami, takimi jak ryzyko epidemii, mogą dać wgląd w ogólne zasady dynamiki chorób? - Interakcje społeczne to drogi, którymi wędrują choroby. Określają one, w jaki sposób epidemie mogą się rozprzestrzeniać. Podstawowe badania nad mrówkami mogą nam pomóc w głębszym zrozumieniu procesów epidemiologicznych, które mogą mieć znaczenie również w innych grupach społecznych – podkreślił Cremer.

Źródło: EurekAlert!, fot. Timothee Brutsch