Mrówki potrafią „polubić” obcych sąsiadów, ale tylko do czasu

Mrówczych kolonii nie da się utrzymać bez jasnej granicy między swoimi a intruzami. Nowe badania pokazują, że ta granica jest zadziwiająco elastyczna.

Naukowcy prześledzili zachowanie niezwykłego gatunku mrówek i zauważyli, że robotnice uczą się akceptować obce osobniki, jeśli często je spotykają. Jednocześnie nigdy całkiem nie tracą wrodzonego „czucia”, kto jest ich prawdziwym krewniakiem.

Mrówcza kontrola dostępu: węch zamiast dowodu osobistego

Dla kolonii mrówek pomyłka przy wpuszczaniu kogoś do gniazda może skończyć się katastrofą. Obcy mogą okraść zapasy, przynieść pasożyty albo przejąć całe gniazdo. Atakowanie własnych to z kolei strata energii i osłabienie kolonii. Dlatego mrówki mają wyrafinowany system rozpoznawania „swoich”.

Każda robotnica pokryta jest cienką warstwą woskowatych związków chemicznych. To swoisty zapachowy identyfikator kolonii. Skład chemiczny jest podobny między różnymi gniazdami, ale proporcje składników już nie. Dla ludzi to delikatna różnica, dla mrówki – jak inny numer PIN.

Mrówki uczą się zapachu swojej kolonii we wczesnym życiu, a potem używają go jak wzorca: wszystko, co pachnie podobnie, jest swoje, reszta budzi agresję.

Superorganizm, który działa jak jeden organizm

Kolonia mrówek często bywa porównywana do jednego dużego organizmu. Tysiące osobników zachowuje się tak, jakby były komórkami jednego ciała: część zbiera pokarm, część opiekuje się potomstwem, inne patrolują teren. Taki poziom współpracy wymaga bardzo sprawnego systemu rozróżniania „my” i „oni”.

Biolodzy zauważają ciekawą analogię: nasze ciało działa dzięki temu, że układ odpornościowy odróżnia własne komórki od obcych. Gdy zawodzi, pojawiają się choroby autoimmunologiczne. Kolonia mrówek mierzy się z podobnym problemem, tylko w skali społecznej – musi zaakceptować robotnice z własnego gniazda i stanowczo odpierać intruzów.

Wyjątkowy gatunek do trudnych pytań

Zespół badawczy skupił się na rzadkim gatunku: mrówkach grabieżczych zwanych clonal raider ants (Ooceraea biroi). To intrygujący owad, bo rozmnaża się bezpłciowo. Oznacza to, że naukowcy mogą tworzyć linie mrówek o praktycznie identycznym genomie i hodować je osobno.

Daje to niezwykłą kontrolę nad eksperymentem. Można zbudować kolonie złożone z mrówek tego samego genotypu, potem celowo mieszać linie i sprawdzać, jak zmienia się agresja i rozpoznawanie towarzyszek.

• Wspólny gatunek – te same podstawowe związki chemiczne na ciele.
• Różne linie klonalne – inne proporcje tych związków, czyli inny „perfumowany podpis”.
• Pełna kontrola genetyczna – łatwiej oddzielić wpływ genów od wpływu doświadczenia.

Na początku badacze sprawdzili, czy poszczególne linie mają rzeczywiście własne kombinacje zapachowe. Potwierdzili to analizami chemicznymi – składniki te same, ale mieszanka wyraźnie inna. Następnie wrzucali pojedynczą mrówkę z innej linii do obcej kolonii i obserwowali reakcję.

Scenariusz był przewidywalny: mieszkańcy gniazda atakowali przybysza, gryzły go i przepędzały. Zapach działał jak twarda granica społeczna.

Czy da się „przepisać” mrówkom zasady?

Naukowcy poszli krok dalej i zadali bardziej śmiałe pytanie: co się stanie, jeśli mrówka przebywa z obcą kolonią bardzo długo? Czy może zostać zaakceptowana jak „swoja”? Czy jej mózg nauczy się innego wzorca zapachowego?

Do prób wybrano młode mrówki, u których zapach własnej kolonii nie był jeszcze w pełni ukształtowany. Te delikatnie pachnące osobniki przenoszono do obcych gniazd i zostawiano tam na dłużej.

Z czasem wydarzyło się coś zaskakującego. Profil chemiczny takich mrówek zaczął coraz bardziej przypominać zapach przybranej kolonii. Gdy badacze testowali je osobno, nie okazywały agresji wobec nowego gniazda. Zachowywały się tak, jakby urodziły się wśród nowych towarzyszek.

Dorosłe mrówki nie są skazane na raz na zawsze ustalony „paszport zapachowy”. Mogą aktualizować definicję „swoich”, jeśli wystarczająco długo przebywają wśród obcych.

Wrodzone więzi nie znikają

Ta plastyczność ma jednak wyraźne granice. Nawet gdy mrówki od stadium jaja wychowywano w obcej kolonii, w doświadczeniach nadal akceptowały osobniki o własnym genotypie. Czyli coś w ich układzie nerwowym pamiętało „prawdziwe” pokrewieństwo.

Wygląda to tak, jakby w mrówczym mózgu działały równolegle dwa systemy:

Mrówki więc ani nie działają wyłącznie na „twardym” zaprogramowaniu genetycznym, ani nie polegają wyłącznie na nauce. Ich system łączy jedno z drugim.

Tolerancja wobec obcych szybko się cofa

Gdy zespół przerwał kontakt „adoptowanej” mrówki z przybranym gniazdem, sytuacja szybko się zmieniła. W ciągu około tygodnia agresja powróciła. Profil chemiczny mrówki zaczął wracać do wcześniejszej postaci, a dawne przybrane towarzyszki znowu traktowały ją jak intruza.

Na pierwszy rzut oka mogłoby to wyglądać jak zwykłe przyzwyczajenie do zapachu, które znika po zniknięciu bodźca. Ale czas trwania nie pasował do krótkotrwałego zmęczenia receptorów węchowych, które trwa zwykle minuty lub godziny. Tu efekt utrzymywał się kilka dni, nawet przy krótszej przerwie w kontakcie.

Co ciekawe, wystarczyły sporadyczne, krótkie spotkania z dawną przybraną kolonią, by utrzymać stan „oswojenia”. Mrówka nie musiała mieszkać tam na stałe – wystarczały przypomnienia.

Wszystko wskazuje na to, że mrówki tworzą trwalszą pamięć zapachową i regularnie ją odświeżają, zamiast tylko chwilowo „męczyć” swój zmysł węchu.

Mrówcza granica i układ odpornościowy: nieoczekiwane podobieństwo

Badacze zwrócili uwagę na mocne podobieństwo tego zjawiska do tzw. tolerancji immunologicznej. W terapiach alergii pacjent dostaje bardzo małe, kontrolowane dawki alergenu – na przykład pyłków – tak, aby układ odpornościowy krok po kroku przestał reagować zbyt gwałtownie.

Sygnał pozostaje obcy, ale reakcja organizmu słabnie. U mrówek powtarzający się kontakt z zapachem obcej kolonii prowadzi do łagodniejszej odpowiedzi obronnej. A sporadyczne „przypominajki” pomagają ją utrzymać. To oczywiście porównanie na poziomie idei – chemia i mechanizmy w komórkach układu odpornościowego i w mózgu mrówki wyglądają zupełnie inaczej.

Mały mózg, duży problem do rozwiązania

Wnioski z badań są bardzo dalekosiężne. Okazuje się, że rozpoznawanie współmieszkańców gniazda jest elastyczne, ale nie bez granic. Dorosłe mrówki potrafią modyfikować swoje wewnętrzne „szablony” zapachowe na podstawie nowych doświadczeń, a mimo to zachowują szczególne nastawienie do własnej linii genetycznej.

Dla neurobiologów to idealny materiał. Skoro mamy już dobrze opisany zestaw zachowań, który zależy od nauki i pamięci, można szukać, gdzie dokładnie w maleńkim mózgu zachodzą takie procesy. Badacze liczą, że dzięki nowoczesnym technikom obrazowania będą w stanie obserwować aktywność neuronów w chwili, gdy mrówka spotyka „swoją” lub obcą towarzyszkę.

Co te wyniki mówią o nas samych

Zachowanie mrówek może brzmieć bardzo egzotycznie, ale mechanizm brzmi niepokojąco znajomo. U ludzi granice między „naszymi” a „obcymi” też nie są sztywne. Ktoś, kto przez lata żyje w innym kraju, przejmuje zwyczaje i mentalność otoczenia, ale nierzadko wciąż czuje szczególną więź z własną grupą pochodzenia.

Tak samo jak mrówki, my też nie opieramy się tylko na wrodzonych odruchach. Środowisko, długotrwały kontakt z różnymi grupami i powtarzające się doświadczenia potrafią złagodzić lub zaostrzyć nasze społeczne granice. Częsty kontakt z „innym” może zmniejszać lęk i wrogość, a izolacja często działa odwrotnie.

Dlaczego naukowcy tak bardzo interesują się mrówkami

Mrówki stają się ulubionym „modelem” w badaniach nad złożonym zachowaniem społecznym. Ich mózgi są malutkie, ale tworzą niezwykle złożone struktury społeczne przypominające duże organizmy. Do tego stosunkowo łatwo manipulować ich środowiskiem, genami czy składem kolonii.

Badania takie jak to, opublikowane w czasopiśmie Current Biology, pozwalają krok po kroku prześledzić, jak bardzo złożone zachowania – od obrony gniazda po elastyczne traktowanie obcych – mogą wynikać z prostych, ale sprytnie połączonych reguł. To z kolei pomaga lepiej rozumieć nie tylko owady, lecz także ogólne zasady funkcjonowania społeczeństw, od układu odpornościowego po ludzkie miasta.