Когда в их колонию попадает патоген, муравьи меняют свое поведение, чтобы избежать вспышки болезни. Таким образом они защищают матку, расплод и молодых рабочих от болезней. Эти результаты исследования, проведенного в сотрудничестве между группами Сильвии Кремер из Института науки и технологий Австрии (IST Austria) и Лорана Келлера из Лозаннского университета, опубликованы сегодня в журнале Science.
Высокая плотность населения, а также частые и тесные контакты между особями способствуют быстрому распространению заболеваний. Чтобы защитить свои колонии, муравьи разработали механизмы защиты от болезней, в том числе адаптацию к своей социальной организации. Муравьи не взаимодействуют случайным образом с другими членами колонии, а организованы в подгруппы в соответствии с их возрастом и задачами, которые они выполняют. В то время как молодые рабочие муравьи, так называемые «няньки», присматривают за ценным выводком в центре колонии, старые рабочие муравьи становятся собирателями пищи, собирая пищу за пределами гнезда. Эти муравьи-собиратели более подвержены воздействию патогенов.
Укрепление форта
Исследователи использовали систему «штрих-кодов», разработанную в группе Келлера, чтобы отслеживать взаимодействие между муравьями, особенно для наблюдения за их поведением при распространении болезни. В первом эксперименте они разместили цифровые маркеры на 2266 садовых муравьях. Инфракрасные камеры делали снимки колоний каждые полсекунды, поэтому исследователи могли отслеживать и измерять движение и положение каждого человека, а также их социальные взаимодействия. Исследователи показали, что разделение муравьев на группы действует профилактически и снижает риск распространения болезней.
10% рабочих муравьев (все собиратели) подверглись воздействию грибковых спор, которые легко распространяются при контакте. Сравнение колоний муравьев до и после воздействия патогена показало, что муравьи быстро обнаруживают присутствие грибковых спор и меняют свое поведение, чтобы усилить уже существующую защиту. «Муравьи меняют то, как они взаимодействуют и с кем они взаимодействуют, - объясняет Сильвия Кремер. - Клики среди муравьев становятся еще сильнее, а контакты между кликами сокращаются. Собиратели больше взаимодействуют с собирателями, а кормилицы больше взаимодействуют с кормилицами. Это реакция. всей колонией - меняют свое поведение и животные, которых сами не обрабатывают спорами». Лоран Келлер добавляет: «Это первое научное исследование, которое показывает, что общество животных способно активно изменять свою организацию, чтобы уменьшить распространение болезней."
Используя высокочувствительный метод количественной ПЦР, созданный группой Кремера, исследователи смогли точно определить, сколько спор несет на своем теле отдельный муравей. qPCR отслеживает, как амплифицируется целевая молекула ДНК во время так называемой полимеразной цепной реакции. Это позволяет исследователям сделать вывод о том, какая часть ДНК и сколько грибковых спор присутствовало вначале.
Поскольку муравьи изменили то, как они взаимодействуют, способы передачи спор также изменились. Только несколько человек получили высокую дозу возбудителя, которая могла вызвать заболевание. Кроме того, больше муравьев получили низкую дозу, которая, как ранее показали Кремер и ее группа, не вызывает болезни, а вместо этого защищает от будущих инфекций - подобно вариоляции у людей. «Патоген распределяется по многим плечам, и иммунная система муравьев может очень хорошо справляться с этим более низким уровнем патогена, который обеспечивает форму иммунной памяти», - говорит Кремер.
Спасите королеву
Анализы также показали, что колония охраняет особо ценных животных. Королева, единственная размножающаяся особь, и няни, молодые рабочие муравьи, которые все еще могут много часов работать в колонии, получили меньше патогена. «В колонии не все животные должны быть защищены, но наиболее ценные особи должны выжить», - объясняет Келлер.
Исследователи также провели эксперимент на выживание, чтобы увидеть, как патогенная нагрузка через 24 часа после воздействия коррелирует со смертью от болезни. Корреляция была высокой, говорит Натали Строймейт, первый автор и постдоктор в группе Лорана Келлера: «Мы рассчитали прогностическую споровую нагрузку для каждого отдельного муравья, основываясь на его взаимодействии с другими муравьями в первые 24 часа после воздействия патогена. Муравьи с муравьи с высокой прогнозируемой споровой нагрузкой с большей вероятностью умрут через девять дней после воздействия, чем муравьи с низкой прогнозируемой споровой нагрузкой». Она резюмирует: «Смертность среди собирателей была выше, чем среди кормилиц. И все королевы были еще живы в конце эксперимента."
То, как муравьи коллективно справляются с такими проблемами, как риск эпидемии, может дать представление об общих принципах динамики болезней, говорит Кремер: «Социальные взаимодействия - это маршруты, по которым распространяются болезни, и определяют, как могут распространяться эпидемии. Фундаментальные исследования муравьев могут помочь нам глубже понять эпидемиологические процессы, которые могут иметь отношение и к другим социальным группам».