The rise to royalty:Hvordan arbejderhvepse balancerer specialisering og plasticitet

Et internationalt hold af biologer og teoretiske fysikere fra Dresden (Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems), Cambridge, UK (Babraham Institute) og Athen (B.S.R.C. "Alexander Fleming") har tacklet dette paradoks ved hjælp af eksperimenter på papirhvepse. Papirhvepse er sociale insekter, der udviser samfundsmæssig arbejdsdeling, hvor nogle insekter specialiserer sig i fouragering og andre opgaver (arbejdere), mens et enkelt insekt bliver dronningen, der har specialiseret sig i at producere afkom.

Mens denne arbejdsdeling forbliver stabil i hele dronningens levetid, kan de resterende arbejdere, når dronningen fjernes fra reden eller dør, hurtigt ændre deres adfærd og etablere en ny dronning. På grund af denne adfærd tjener papirhvepsene som en eksperimentel prøveplads til at studere biologisk plasticitet.

Under ekskursioner til hvepsenes oprindelige habitat i Panama udførte forskerne eksperimenter, hvor de fjernede dronningen fra redesamfund og derefter målte, hvordan de resterende arbejdere genetablerede en ny dronning.

I disse eksperimenter kombinerede forskningen forskellige eksperimentelle værktøjer som videooptagelser og detaljeret molekylær profilering af insekternes hjerner for at følge denne proces samtidigt på vidt forskellige rumlige skalaer af biologisk organisering for at undersøge samspillet mellem molekylære processer og samfundsmæssige interaktioner.

"At bruge sociale insekter til at studere plasticitet gav os den enestående mulighed for at relatere molekylære, individuelle og samfundsmæssige processer over tid på niveau med individuelle insekter, noget der ikke er muligt, når man studerer celler i pattedyrsvæv," siger Dr. Solenn Patalano, der har udført undersøgelsen. eksperimenter.

Ved at bruge teorien afviklede forskerne, ledet af Dr. Steffen Rulands, de forskellige processer, der fører til etableringen af ​​et stabilt samfund og arbejdernes evne til at etablere en ny dronning. De fandt ud af, at papirhvepse opvejer ekspressionen af ​​gener, der etablerer dronningelignende adfærd, med aggressiv kamp, ​​der undertrykker de samme gener.

Deres beregninger viste, at dette sætter disse samfund i stand til at skelne mellem forskellige slags forstyrrelser, der påvirker reden:indre forstyrrelser påvirker insekter uafhængigt af hinanden, og de undertrykkes aktivt af samfundet. Ydre forstyrrelser påvirker hele samfundet, og samfundet reagerer plastisk.

"Det er fascinerende at se, hvordan disse samfund formår at kombinere processer, der foregår på skalaer af størrelsesorden fra hinanden for at overvinde et tilsyneladende paradoks," siger Adolfo Alsina, der udførte det teoretiske arbejde. Indsigten opnået fra sociale insekter kan i fremtiden bruges til at forstå plasticitet i andre biologiske systemer, såsom omprogrammering af celler til stamceller i regenerative terapier.

Forskningen blev offentliggjort i Cell Systems . + Udforsk yderligere

I duellerende myrer, der kappes om at blive dronning, afgør adfærdsmæssige og molekylære signaler hurtigt, hvem der vinder