Myrmeblog – blog hodowcy i badacza mrówek

 

Mrówki w obliczu epidemii

Źródło: www.vaaju.com/

Mrówki to podobnie jak my organizmy społeczne. Żyją w dużych grupach, komunikują się, współpracują ze sobą. W ten sposób zapewniają sprawne funkcjonowanie całej społeczności. Podobnie jak my, ze względu na bardzo bliskie kontakty społeczne, są także narażone na choroby zakaźne. Naukowcy podejrzewali, że mrówki mogą modyfikować swoje zachowania społeczne w taki sposób, aby zmniejszyć tempo rozprzestrzeniania się infekcji. Jednak nie mieliśmy do tej pory, żadnych empirycznych danych na ten temat. Technologia opracowana przez austriackich i szwajcarskich badaczy otwarła nowe możliwości. Teraz już wiemy, jak w obliczu epidemii zachowują się mrówki!

 

O obecnej sytuacji z koronawirusem

W dzisiejszym świecie nowy wirus mógł rozprzestrzenić się w błyskawicznym tempie. Wpływ na to miały podróże, wysoka gęstość zaludnienia oraz częste i bliskie kontakty między ludźmi.

Źródło: ShutterStock

Po ogłoszeniu pandemii przez WHO, państwa zaczęły poszukiwać sposobu na powstrzymanie rozprzestrzeniania się koronawirusa, jednocześnie umożliwiając społeczeństwu dalsze funkcjonowanie. Nie wszyscy byli tak samo przekonani do izolacji społeczeństwa. Zapewne w każdym z nas (szczególnie na początku) pojawiła się myśl, czy aby na pewno nie przesadzamy i nazbyt nie panikujemy. Myślę, że warto zastanowić się nad tym jak w tak dynamicznie rozwijającej się sytuacji poradziłyby sobie inne organizmy wysoce społeczne – mrówki. Czy owady zdane jedynie na proste algorytmy postępowania, byłyby w stanie zmienić swoje dotychczasowe zachowanie, by uchronić najbardziej zagrożonych członków kolonii?

 

Patogeny u mrówek

Mrówki ze względu na bardzo bliskie kontakty społeczne muszą podobnie jak my radzić sobie z patogenami, takimi jak wirusy, bakterie, czy grzyby.  Przez miliony lat musiały rozwinąć odpowiednie mechanizmy obronne do walki z nimi.

Źródło: www.forestfloornarrative.com/

Co prawda, u mrówek nie stwierdzono występowania koronawirusów, ale za to są narażone na inne wirusy. Niektóre z nich ze względu na aktywność wśród mrówek inwazyjnych są szczególnie niepokojące. Oto dwa linki do bardzo interesujących artykułów na ten temat:

– Invasive ants carry novel viruses in their new range and form reservoirs for a honeybee pathogen (2015)

– Different bacterial and viral pathogens trigger distinct immune responses in a globally invasive ant (2019)

 

O eksperymencie

Do tej pory nie było zadowalającej metody pomiaru interakcji mrówek na poziomie kolonii. Największy problem stanowiła trudność w obserwacji wszystkich osobników. Jednak badacze z Institute of Science and Technology Austria oraz Uniwersytetu w Lozannie połączyli siły i opracowali zautomatyzowany system śledzenia zachowań, umożliwiający obserwację ponad 20 kolonii mrówek hurtnicy pospolitej (Lasius niger)!

Źródło: www.phys.org/

Przyklejenie maleńkich kodów kreskowych 2D na tułowiach mrówek, zapewniło każdemu osobnikowi unikalny identyfikator (kod QR). Kamera umieszczona nad mrówkami monitorowała kolonię, a algorytm wykrywał i zapisywał pozycję każdego kodu kreskowego, dając badaczom dane o ruchach mrówek w miarę rozwijania się choroby, wywołanej patogenem grzybowym Metarhizium brunneum. W celu porównań obserwowano kolonie zarówno przed i po wprowadzeniu infekcji. Wyniki doczekały się publikacji w jednym z najbardziej renomowanych czasopism na świecie „Science”.

Źródło: www.science.sciencemag.org/

Zdjęcie A przedstawia indywidualnie oznakowana królową Lasius niger wraz z robotnicami. Schemat B pokazuje w jaki sposób program wnioskował o kontaktach między osobnikami tzn. kontakt był rejestrowany wtedy kiedy czerwone pole obu mrówek zachodziło na siebie. Rycina C przedstawia sieci społeczności mrówek przed i po infekcji. Każdy kolor reprezentuje osobnika z innej kategorii tj. królowa – kolor fioletowy, opiekunki – kolor zielony, furażerki – kolor żółty. Mrówki mające zostać poddane infekcji, a potem zainfekowane oznaczono czarną kropką. Liczba linii charakteryzuje liczbę interakcji z poszczególnym osobnikami, a jej grubość – intensywność kontaktów. Na pierwszy rzut oka można zauważyć, że rozmieszczenie mrówek w czasie znacznie się od siebie różni, o czym więcej przeczytacie w głównych wnioskach z eksperymentu.

 

Źródło: www.debuglies.com/

Powyżej krótki filmik przedstawiający zautomatyzowane śledzenie kolonii mrówek za pomocą programu VirtualDub. Wykryte mrówki są wyróżnione kropką i numerem identyfikacyjnym. Te wchodzące w interakcję, połączone są żółtą linią.

 

 

Źródło: www.debuglies.com/

Kolejny materiał to symulacja przenoszenia infekcji w społeczności mrówek.

 

Główne wnioski z eksperymentu:

– Mrówki dzielą się na podgrupy.

– Mrówki zmieniają swoje zachowanie podczas infekcji.

– Mrówki chronią najbardziej wrażliwych członków kolonii.

– Mrówki starają się nie dopuścić do wybuchu epidemii.

 

Mrówki dzielą się na podgrupy

Oznacza to, że mrówki są rozmieszczone w kolonii w zależności od ich wieku i funkcji. Młodsze mrówki (opiekunki) troszczą się o potomstwo oraz królową w centrum kolonii. Natomiast starsze robotnice (furażerki) wychodzą na zewnątrz gniazda w poszukiwaniu żywności. To właśnie one są najbardziej narażone na patogeny, dlatego nie mają tak wielu interakcji z opiekunkami i praktycznie żadnej z królową. Ogólnie mówiąc, mrówki, które mają większe szanse na spotkanie z patogenami, mają mniej połączeń w sieci.  Interakcja mrówek z innymi osobnikami nie jest zatem przypadkowa. Ma na celu działanie profilaktyczne i zmniejsza ryzyko rozprzestrzeniania się ewentualnej choroby.

 

Mrówki zmieniają swoje zachowanie podczas infekcji

Co ciekawe, podział mrówek na podgrupy nasilił się po infekcji. Furażerki zaczęły częściej kontaktować się wyłącznie z furażerkami, a opiekunki z opiekunkami. Co więcej, chore mrówki, zmieniły swoje zachowanie wobec zdrowych członków kolonii i starały się od nich izolować. U zdrowych mrówek badacze także zaobserwowali zmianę zachowania tj. unikanie kontaktów z chorymi. Niniejszy wniosek dowodzi tego, że mrówki są w stanie zmienić swoje dotychczasowe zachowanie i uniemożliwić patogenowi szybkie rozprzestrzenienie się.

 

Mrówki chronią najbardziej wrażliwych członków kolonii

Podział na podgrupy oraz zmiana zachowania po infekcji ma za zadanie chronić młode robotnice oraz królową. Taka zmiana jest szczególnie cenna dla ochrony najważniejszych członków kolonii. Mrówki zmniejszają tym samym ryzyko rozprzestrzeniania się patogenu, jednocześnie zapewniając dalsze funkcjonowanie i rozwój kolonii. Warto podkreślić, że furażerki nie mogły całkowicie oddzielić się od opiekunek, ponieważ odpowiadały za dostarczanie żywności. Ograniczyły jednak liczbę kontaktów, co okazało się kluczową strategią.

 

Mrówki starają się nie dopuścić do wybuchu epidemii

Mrówki z wysokim poziomem zarodników grzyba, częściej umierały niż mrówki o niskim poziomie. Śmierć była najwyższa wśród robotnic wychodzących poza mrowisko. Mrówki dzięki zastosowaniu podgrup wiekowych i zadaniowych oraz ochronę osobników o wysokiej wartości, spowodowały wolniejszą transmisję patogenu. Ponadto, zdecydowanie więcej osobników posiadało niskie obciążenie patogenem (nieszkodliwe), niż wysokie (wywołujące śmierć). Zdaniem naukowców niski poziom zarażenia ma na celu zwiększenie odporności mrówek na kolejne infekcje i niedopuszczenie do wybuchu epidemii w przyszłości.

 

Pełna wersja publikacji dostępna online

Zainteresowanych odsyłam do niniejszego linku: Social network plasticity decreases disease transmission in a eusocial insect. Znajdziecie w nim dokładne wyniki omawianych przeze mnie badań.

 

Moje doświadczenie z naukowcami z Austrii

W ubiegłym roku miałem okazję odbyć 3-miesięczny staż naukowy w Instytucie w Austrii. Poznałem tam techniki badań odporności społecznej u mrówek. Miałem możliwość m.in. obserwować zachowania higieniczne u mrówek podczas infekcji.

Współpraca z prof. Sylvią Cremer – jedną z autorek omawianego przeze mnie eksperymentu, była dla mnie bardzo cennym doświadczeniem. Zainteresowanych zapraszam na oficjalną stronę jej zespołu: Social immunity in ants, gdzie możecie poznać więcej szczegółów na temat prowadzonych tam badań nad mrówkami.

 

Czego możemy nauczyć się od mrówek w walce z koronawirusem?

Przedstawione badania mogą pomóc w głębszym zrozumieniu procesów epidemiologicznych, które mogą mieć znaczenie również w innych grupach społecznych, w tym ludzi. Badania sugerują, że elastyczność w zachowaniu mrówek w odpowiedzi na patogeny jest najskuteczniejszą strategią łagodzenia skutków chorób w grupach społecznych. Interakcje społeczne zarówno u mrówek jak i ludzi to drogi, którymi wędrują choroby. Skoro mrówki są w stanie zmienić sposób, w jaki wchodzą w interakcje i z kim – my też powinniśmy. W ten sposób dbamy nie tylko o siebie, ale także chronimy innych, najbardziej wrażliwych członków naszej społeczności. Wpływ izolacji na zahamowanie epidemii ma ogromne znaczenie, o czym mrówki „dobrze wiedzą”. Wykorzystajmy tą wiedzę. Dzisiaj wszyscy możemy zadbać o nasze społeczeństwo. Bez względu na czas, który będziemy musieli poświęcić, nie lekceważmy zagrożenia. Zostańmy w domu!