Unia Europejska

Polonez Bis LOGO CMYKEU flag

 

 

 

 

 

 

Obce rządy: Ujawnienie mechanizmów wykorzystywanych przez inwazyjne mrówki do adaptacji do aktualnych i przyszłych warunków środowiskowych

Akronim: Alien rule

 

Główny badacz: Iago Sanmartín-Villar

Mentor: Magdalena Witek

PhD Student: Srikrishna Narasimhan

Współpraca: Sara Arganda-Carreras

 

Badania realizowane w ramach projektu nr 2021/43/P/NZ8/03306

współfinansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki oraz programu

ramowego Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji Horyzont 2020 na

podstawie umowy nr 945339 w ramach działań „Marie Skłodowska-Curie”.

 

Streszczenie

Wprowadzanie gatunków obcych do nowych siedlisk jest jednym z głównych problemów ekonomicznych i ekologicznych związanych ze zmianami środowiska, które powodują zmniejszanie bioróżnorodności i ekspozycje na egzotyczne choroby. Żadna z introdukcji nie zmieniła ewolucji tak bardzo, jak wprowadzenie inwazyjnych gatunków mrówek. Mrówka argentyńskie (Linepithema humile; Figura 1) przeszła nowe i wyjątkowe zjawisko ewolucyjne, kiedy została wprowadzona na nowe obszary: mrówki te straciły konkurencję między poszczególnymi koloniami.

 

Fig 1
Figura 1. Robotnica i królowa mrówki argentyńskiej (Linepithema humile). Większy rozmiar ciała królowej to przede wszystkim zwiększone mieśnie tułowia i jajniki.

W ten sposób powstała współpraca między rozległymi sieciami połączonych superkolonii (6000 km w Europie Południowej; Figura 2).

 

Fig 2
Figura 2. Rozmieszczenie Linepithema humile i zróżnicowanie genetyczno-behawioralne w Europie Południowej. Żółte kropki: główna superkolonia (około 6000 km połączonych gniazd; Giraud et al. 2002, PNAS). Zielona kropka: skupiska galijskie (Samartín-Villar et al. 2022, NeoBiota). Czerwone kropki: Superkolonia katalońska (Giraud et al. 2002, PNAS). Niebieskie kropki: Superkolonia korsykańska (Blight et al. 2010, Biol Invasions). Mrówki z różnych superkolonii atakują siebie nawzajem, ale nie mrówki z różnych gniazd w tej samej superkolonii.

 

Adaptacji gatunków inwazyjnych sprzyja często ich plastyczność behawioralna i poznawcza, czyli to, jak osobniki dostosowują swoje umiejętności behawioralne do nowych warunków środowiskowych (Figura 3).

Fig 3
Figura 3. Robotnica Linepithema humile pobierająca wydzielinę mszyc. Mrówki chronią mszyce przed ich naturalnymi drapieżnikami, ale tym samym zwiększają ekonomiczne i ekologiczne szkody wywoływane obecnością mszyc.

 

Umiejętności te są kosztowne, ponieważ wymagają inwestowania zasobów w mózg zamiast w inne cechy, takie jak reprodukcja, układ odpornościowy czy przeżywalność. Zaproponowano jednak, że plastyczność behawioralna może być oparta na informacji społecznej, a nie na cechach indywidualnych. Oznacza to, że kolonie mrówek mogą zmniejszać koszt umiejętności behawioralnych poprzez poprawę komunikacji pomiędzy poszczególnymi członkami. Ustalenie, czy źródło plastyczności pochodzi z poziomu indywidualnego (mózg-poznanie) czy zbiorowego (przekazywanie informacji społecznych) powinno być priorytetem dla zrozumienia potencjału inwazyjnego u owadów społecznych. Na inwazyjność mogą wpływać także przewidywane zmiany środowiskowe, tzn. gatunki muszą się przystosować do nowych obszarów, ale także do nowych zmian na tych obszarach. U mrówek wykryto łącznie 87 wirusów, z których część może być przenoszona na inne gatunki, np. pszczoły miodne. Zarówno zachowanie jak i potencjał infekcyjny są uwarunkowane temperaturą. Rozdzielenie tego, jak infekcja wirusem i wahania temperatury wpływają na plastyczność mózgowo-behawioralną, pomogłoby zrozumieć, jak w najbliższej przyszłości może to wpłynąć na inwazyjność superkolonii mrówki argentyńskiej. Główną cechą wspólną wszystkich rozległych superkolonii mrówek jest ich translokacja, adaptacja i inwazyjność. Sugeruje to, że nowa współpraca między koloniami, system organizacyjny, który przekroczył znane dotychczas granice, stanowi udany proces ewolucyjny w warunkach ekstremalnych zmian środowiskowych. Obecne zmiany środowiskowe prowadzą do wymierania rodzimych gatunków, przy równoczesnym wzmacnianiu sukcesu wprowadzonych superkolonii mrówek. Zrozumienie, w jaki sposób superkolonie radzą sobie z nowymi problemami i presją, wydaje się stanowić główny klucz do rozszyfrowania ich ewolucyjnego powstania i inwazyjności. Dlatego w naszym projekcie proponujemy przeanalizować, czy:

(1) indywidualna plastyczność zachowań i zdolności uczenia się zależą od złożoności mózgu, co świadczyłoby o kompromisie w inwestycjach indywidualnych u osobników należących do superkolonii (Figura 4);

 

Fig 4
Figura 4. Robotnice Linepithema humile wystawione na działanie labiryntu w celu zmierzenia ich zmienności decyzyjnej i behawioralnej.

 

(2) plastyczność zależy od indywidualnych zdolności poszczególnych robotnic czy raczej od komunikacji społecznej (Figura 5); oraz

 

Fig 5
Figura 5. Zestaw laboratoryjny służący do obserwacji furażowania (żerowania) u mrówek L. humile.

 

(3) wpływ stresorów środowiskowych (Figura 6), takich jak wahania temperatury i infekcje wirusowe, modyfikują indywidualna plastyczność behawioralną u inwazyjnych i rodzimych gatunków mrówek (Figura 7).

 

Fig 6
Figura 6. Eksperymentalne gniazda mrówek trzymane w warunkach laboratoryjnych.

 

Fig 7
Figura 7. Gniazdo z dorosłymi i larwami europejskiego gatunku rodzimego, Tapinoma nigerrimum, o podobnej organizacji społecznej jak L. humile.

 

Spodziewamy się, że (1) osobniki z wysoko rozwiniętymi strukturami mózgu wykazują wyższą plastyczność behawioralną i odnoszą więcej sukcesów w testach behawioralnych; (2) mrówki argentyńskie wykazują niższą efektywność w rozwiązywaniu nowych problemów na poziomie indywidualnym niż rodzime gatunki mrówek, ale mają lepiej rozwinięte zdolności komunikacji społecznej polegającej na współpracy między osobnikami; (3) gorszego wyniku w indywidualnym rozwiązywaniu problemów, obserwowanego jako niższy sukces w testach behawioralnych u osobników wystawionych na działanie zmiennych temperatur i tych zakażonych wirusem; (4) synergicznego efektu temperatury i zakażenia wirusem; (5) rodzime gatunki mrówek wykazujące niższy sukces w testach behawioralnych i większe zmiany zachowań, gdy są wystawione na działanie zmiennych temperatur i wirusa, niż osobniki gatunków inwazyjnych.

 

Lokalizacja

Muzeum i Instytut Zoologii w Warszawie, Polska Akademia Nauk
Grupa Owadów Społecznych i Myrmekofilnych

Grupa kierowana przez Magdalenę Witek składa się z profesora zwyczajnego (Wojciech Czechowski), czterech badaczy z tytułem doktora (Gema Trigos-Peral, Piotr Ślipiński, Istvan Maak, Iago Sanmartín-Villar) oraz dwóch doktorantów (Daniel Sánchez-García, Srikrishna Narasimhan). Badania grupy dotyczą zmienności w zachowaniu mrówek, interakcji międzygatunkowych obejmujących głównie mrówki i owady myrmekofilne, interakcji mrówki-rośliny, wpływu patogenów mrówek oraz wpływu efektu urbanizacji na cechy historii życia mrówek. W ciągu ostatnich pięciu lat grupa pozyskała siedem projektów z Narodowego Centrum Nauki, w tym poprzedni grant Polonez 3 (kierownik: Luca Casacci). Grupa posiada szeroką sieć współpracy międzynarodowej, m.in. z prof. Jurgen Heinze z Uniwersytetu w Ratyzbonie oraz prof. Patrizia d’Ettorre z Uniwersytetu Paryskiego 13.

 

Kontakt

Muzeum i Instytut Zoologii, PAN

ul. Wilcza 64, Warszawa

00-679, Polska

Iago Sanmartín-Villar: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.