Honingbier er mindre tilbøjelige til at stikke i større grupper

At stikke eller ikke at stikke? Et alarmferomon spiller en afgørende rolle for biers villighed til at stikke - og deres gruppestørrelse, som forskere fra universitetet i Konstanz nu har vist

Som man siger, "Du kan fange flere fluer med honning end eddike." Honningbier vil dog helst undgå at fange noget, men deres honning tiltrækker talrige rovdyr til kolonien. Nogle, som fluer, er ret nemme at afskrække. Andre rovdyr er meget større end bierne og klar til at acceptere adskillige honningbistik for de søde næringsstoffer. For at afværge dem må honningbierne slå sig sammen til et kollektivt stikkende angreb.

Denne defensive reaktion initieres typisk af forbigående specialiserede honningbier, kaldet vagtbier. De overvåger koloniens omgivelser. Hvis de opdager et stort dyr, der kommer tæt på kolonien, reagerer vagtbierne enten ved at stikke den ubudne gæst, eller ved at udstøde deres stikker og vifte med vingerne, nogle gange mens de løber ind i bikuben, hvor deres redekammerater er.

"I begge tilfælde forårsager deres adfærd frigivelsen af ​​stikalarmferomonet, en kompleks lugtblanding, der bæres direkte på brodden," siger neurobiolog Morgane Nouvian.

Dette kemiske signal vækker nærliggende honningbier og rekrutterer dem til stedet for forstyrrelsen. Der beslutter de, om de vil deltage eller ej i den defensive indsats ved at stikke eller på anden måde chikanere rovdyret. Derfor spiller stikalarmferomonet en stor rolle i koloniens defensive reaktion. Men spiller gruppestørrelse også en rolle?

Tværfaglig undersøgelse undersøger, hvordan forhold påvirker individuelle biers defensive reaktioner

Et tværfagligt samarbejde mellem forskere i den tidlige karriere – biologen Dr. Morgane Nouvian og computerforskeren juniorprofessor Tatjana Petrov fra Center for Advanced Study of Collective Behavior ved University of Konstanz – udviklede en model og metode til at kvantificere, hvordan reaktionen på alarmen feromon udvikler sig under en defensiv begivenhed, for enhver given gruppestørrelse. Resultaterne blev offentliggjort i PLOS Computational Biology den 15. september 2022.

"Vores biologiske mål er at studere den effekt, som omgivende forhold har på individuelle biers defensive reaktion," siger sidste forfatter Morgane Nouvian. I dette arbejde fokuserede forskerholdet på virkningen af ​​gruppestørrelse, da tidligere undersøgelser har fundet ud af, at denne faktor kan påvirke aggressive reaktioner hos sociale insekter.

"At adressere dette biologiske mål åbnede op for nye udfordringer for datalogi," sagde Petrov. "Forståelse af social feedback - hvordan den kollektive adfærd tilpasser sig ændringer i gruppestørrelse - kræver håndtering af komplekse modeller og begrænsede eksperimentelle data og dermed integration af modelbaserede og datadrevne metoder."

Todelt forskningstilgang

Forfatterne observerede først adfærden hos grupper af bier, der blev konfronteret med et falsk rovdyr, en roterende dummy, og kvantificerede deres defensive reaktion ved blot at tælle antallet af stikkere indlejret i dummyen i slutningen af ​​et forsøg. Derefter foreslog de en matematisk model af gruppedynamikken, som gennemsigtigt forbinder det sandsynlige valg af en enkelt bi til at stikke ved en given alarmferomonkoncentration, til det samlede resultat, der blev observeret i eksperimentet.

At udtrække individers adfærd fra data på gruppeniveau er et interessant problem set fra et datalogisk synspunkt på flere niveauer. "For det første lider modeller af gruppeadfærd, der opregner hver mulig social kontekst for et individ, af den kombinatoriske eksplosion af stater, men også af et voksende antal modelparametre," siger Tatjana Petrov. "Desuden kræver mange kilder til usikkerhed som randomiserede valg af individer, ukendte parametre eller begrænset datastikstørrelse nye metoder til at kvantificere usikkerhed."

Bier vejer i deres sociale sammenhæng, når de træffer beslutningen om at stikke

Samarbejdet mellem dataloger og neurobiologer giver begge sider et nyt perspektiv på forskning. "På den beregningsmæssige side foreslog vi en ny metode til at udtrække individuel adfærd fra befolkningsdata," siger Petrov. "Til det formål kombinerede vi unikt state-of-the-art formelle metoder og statistisk inferens."

Et softwareværktøj skabt af forfatterne integrerer modulært alle trin i analyseprocessen. Softwaren, der er udviklet og vedligeholdt af ph.d.-studerende Matej Hajnal, gør det muligt at fokusere på det biologiske spørgsmål, samtidig med at den har en klar modelfortolkning på den ene side og usikkerhedskvantificering på den anden.

"På den biologiske side giver vi bevis for, at bier vejer i deres sociale sammenhæng, når de træffer beslutningen om at stikke," siger Nouvian. "Vi kommer til dette bevis ved at køre vores analyse på hver gruppestørrelse separat og derefter sammenligne dosis-respons-kurven med det opnåede alarmferomon." Forfatterne viser, at rekruttering bliver mindre effektiv, efterhånden som gruppestørrelsen øges, og dermed spiller social hæmning en rolle oven i alarmferomonkommunikationen.

"Vores metodologi adresserer et specifikt socialt fænomen hos honningbier, men det kan også ses som proof-of-concept for den nuværende udfordring med at 'åbne' black-box-modellerne for observeret kollektiv adfærd og levere fortolkbare adfærdshypoteser på niveau med enkeltpersoner," siger Petrov. Hun forventer, at hendes tilgang kan anvendes på en række andre biologiske systemer. "Med hensyn til en bredere anvendelse af vores tilgang, har vi allerede identificeret nye beregningsmæssige udfordringer, især med hensyn til at give skalerbarhed og usikkerhedskvantificering i tilfælde af for eksempel store populationer, upræcise målinger og en rigere kognitiv kapacitet hos individer." + Udforsk yderligere

At stikke eller ikke at stikke? Hvordan bier organiserer forsvarsadfærd