Panamassa, Smithsonianin trooppisen tutkimuslaitoksen uudessa neurobiologian laboratoriossa, tutkijat tutkivat kuinka trooppisen hiki-mehiläisen Megalopta genalis aivot liittyvät lajien sosiaalisten kuningattareiden ja yksinäisten kuningattareiden käyttäytymiseen. Tutkimus auttaa tutkijoita etenemään huomattavasti hyönteisten sosiaalisen käyttäytymisen ymmärtämisessä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Mehiläisten salainen elämä
Tarkkailtuaan mehiläisiä päivittäisen toiminnan aikana (kerätä ruokaa ja munia), tutkijat löysivät mielenkiintoisen mallin aivoalueelta, joka vastaa oppimisesta ja muistista. Sosiaalisissa mehiläisten kuningatarissa, jotka vastaavat mehiläistyöntekijöiden sosiaalisen verkoston koordinoinnista, suurempi osa heidän aivoistaan on omistettu oppimiseen ja muistiin kuin yksinäisillä kuningattareilla, joiden on itse tehtävä suuri osa työstä.
Puhuimme tutkimuksen jatkotutkijan Adam Smithin kanssa oppiaksesi lisää lajeista ja siitä, mikä tekee niistä rasti.
On ollut muita tutkimuksia, joissa on tarkasteltu sosiaalisten ja ei-sosiaalisten eläinten aivojen kokoa. Miksi päätit keskittyä mehiläisiin toisen sosiaalisen lajin sijaan?
Sosiaalisten hyönteisten neljästä pääryhmästä - termiitit, mehiläiset, ampiaiset ja muurahaiset - mehiläiset ovat ainoat lajit, jotka voivat vaihdella sosiaalisen ja yksinäisen välillä. Kaikki muurahaiset ja kaikki termiitit ovat sosiaalisia. On olemassa sekä sosiaalisia että yksinäisiä ampiaisia, mutta ainakaan tähän mennessä tutkituista lajeista yksikään ampiaislaji ei pysty lisääntymään yksinäisesti ja sosiaalisesti, kuten Megalopta genalis- mehiläiset voivat.
Myös mehiläisten aivojen neurobiologiaa ja kehitystä on tutkittu erittäin hyvin, ja muutamia muita lajeja on tutkittu paljon vähemmän. Yhdessä nämä tutkimukset viittaavat siihen, että ympäristövaikutukset, jopa aikuisiin hyönteisiin, vaikuttavat aivojen kehitykseen. Tämä sai meidät epäilemään, että Megalopta genalisin sosiaalinen ympäristö saattaa myös vaikuttaa aivojen kehitykseen.
Mitä eroa on sosiaalisten mehiläisten ja yksinäisten kuningattareiden välillä?
Tärkein samankaltaisuus näiden kahden välillä on, että he molemmat lisääntyvät - ts. Munivat. Suurin ero on, että sosiaaliset kuningattaret jättävät harvoin pesänsä ja harvoin rehua siitepölylle ja nektarille. He munivat vain munia. Yksinäisten kuningattareiden on sitä vastoin suoritettava kaikki lisääntymisvelvollisuudet. Heidän on kerättävä jälkeläisilleen ruuat (siitepöly ja nektari) sekä kehitettävä munasolunsa munat ja munittava ne erillisiin pesasoluihin varustetun ruoan kanssa. Sosiaaliset mehiläisten kuningatar jättävät monet näistä velvollisuuksista työntekijöilleen. Toinen merkittävä ero sosiaalisten ja yksinäisten kuningattareiden välillä on, että sosiaalisten kuningattareiden on vakiinnutettava ja ylläpidettävä sosiaalista hallitsevuutta tyttäreinsä nähden, jotka pysyvät pesässä työntekijöinä.
Aivojen kehityksen kannalta on tärkeätä huomata, että jopa sosiaaliset pesät alkoivat yksinäisinä pesinä: naaras rakentaa pesän ja munii munia, sitten ensimmäisen tyttären sukupolvi joko jättää pesän lähteäkseen aloittamaan omat pesänsä, tai jää heidän synnytyssisäkkäissään alaisten työntekijöinä. Siten, vaikka sosiaaliset kuningattaret ruokkivat harvoin, heidän piti jossain vaiheessa perustaa pesänsä. Sosiaalisiin pesiin liittyvä hallitsevuussuhde puolestaan on ainutlaatuinen sosiaalisille kuningattareille.
Voisitko selittää sosiaalisen aivohypoteesin, jota tutkit tässä tutkimuksessa?
Sosiaalisen aivohypoteesin mukaan sosiaalisen elämän monimutkaisuudet - hallitsevan hallinnan hierarkioiden, perhesuhteiden ja yksilöllisen identiteetin seuraaminen - ovat niin kognitiivisesti vaativia, että ne vaativat lisääntynyttä älykkyyttä sen lisäksi, mitä eläimet muuten tarvitsevat loppuelämänsä ajan.
Sosiaalisen aivohypoteesin perusennuste on, että kaikkien muiden ollessa tasa-arvoiset, sosiaaliset lajit ovat älykkäämpiä kuin yksinäiset. Tässä on kuitenkin muutamia käytännön ongelmia. Yksi on, että "älykkyys" ei ole erityinen ominaisuus, jota voidaan mitata, joten yleensä sen sijaan mitataan aivojen koko tai tiettyjen aivojen alueiden (kuten nisäkkäiden aivokuoren) koko. Toinen ongelma on, että "kaikki muut asiat" ovat harvoin yhtä lajien välillä. Jopa läheisesti sukulaiset lajit eroavat joukosta muita piirteitä. Viimeiseksi on vaikea määritellä "sosiaalisuus". Jotkut lajit voivat esimerkiksi elää suurissa ryhmissä, mutta yksilöiden välillä on vain vähän monimutkaista vuorovaikutusta. Muut lajit voivat elää pienissä ryhmissä, mutta yksilöiden välillä on pitkäaikaisia, hienovaraisia suhteita. Mitkä näistä olisivat kognitiivisesti vaativampia? Lajien välisessä vertailussa syntyvät vaikeudet motivoivat megalopta genaliksen käyttöä, koska lajin yksilöt ovat hyvin samankaltaisia.
Huomasit, että oppimisesta ja muistista vastaava aivoalue on suurempi sosiaalisissa mehiläisten kuningattareissa. Tarkoittaako tämä, että aivot itsessään ovat suurempia vai toimivatko ne eri tavalla?
Aivoalue ei ollut absoluuttisesti suurempi, eivätkä aivot itse olleet suurempia. Mikä oli suurempi, oli tämän aivialueen yhden osan (sienirungon neuropiili) suhde toiseen (Kenyonin solukappaleet). Aikaisemmissa mehiläisaivojen kehitystutkimuksissa tämän suhteen korkeammat arvot johtuvat lisääntyneistä kognitiivisista haasteista, kuten uusien maamerkkipaikkojen oppimisesta pesän ympärille. Siksi tietomme viittaavat siihen, että kuten sosiaalisen aivohypoteesin ennustaminen on, että määräävän aseman määrittäminen ja ylläpitäminen sosiaalisessa alaisuudessaan on kognitiivisesti vaativampaa kuin yksinäinen elämä.
Kysymyksesi viimeinen osa osuu todellakin asian ytimeen: Emme tiedä, mitä nämä erot tarkoittavat aivojen toiminnassa - joko aiempien tutkimusten yhteydessä, joissa keskityttiin perinteisempiin oppimisen haasteisiin, tai omien, keskittyi sosiaalisiin eroihin. Tulevia tutkimuksia, joissa tarkastellaan hermoyhteyksien luonnetta eikä pelkästään aivojen kehityseroja, tarvitaan selvittääkseen, miten kehityserot johtavat toiminnallisiin eroihin.
Kuinka nämä tiedot ovat hyödyllisiä? Kuinka se voi edistää tulevaisuuden mehiläistutkimusta?
Tulevaisuuden mehiläistutkimuksen suhteen toivon, että se motivoi vertailevampia tutkimuksia. Esimerkiksi monet mehiläiset samassa perheessä kuin Megalopta ovat yhteisöllisiä, mikä tarkoittaa, että he elävät yhdessä, mutta heillä ei ole hallitsevaisuushierarkioita. Näytetäänkö aivojen kehitys samanlaisia? Ja jopa puhtaasti yksinäisissä mehiläislajeissa on niitä, jotka ruokkivat vain yhtä kukkatyyppiä, ja muita, jotka keräävät monenlaisia siitepölyjä. Ovatko jälkimmäiset aivojen kehityksen joustavampia malleja, kun taas ensimmäiset ovat "kovemmin johdotetumpia" rehuun?
Tämän tutkimuksen tulisi olla hyödyllinen aivojen evoluutiosta kiinnostuneille tutkijoille, koska se osoittaa, että sinun ei tarvitse käyttää vain kädellisiä kaikilla niiden aiheuttamiin logistisiin, eettisiin ja tieteellisiin vaikeuksiin tutkia sosiaalisen älykkyyden kehitystä. Sosiaaliset hyönteiset ryhmänä sallivat laajemman vertailuvalikoiman kuin selkärankaiset.
