In Panama, in het nieuwe neurobiologielaboratorium van het Smithsonian Tropical Research Institute, onderzoeken onderzoekers hoe de hersenen van de tropische zweetbij Megalopta genalis zich verhouden tot het gedrag van de sociale koninginnen en de eenzame koninginnen van de soort. De studie helpt wetenschappers om grote stappen te zetten in het begrijpen van het sociale gedrag van insecten.
gerelateerde inhoud
- Het geheime leven van bijen
Na het observeren van de bijen tijdens dagelijkse activiteiten (voedsel verzamelen en eieren leggen), vonden onderzoekers een interessant patroon in de hersenregio dat verantwoordelijk is voor leren en geheugen. Bij sociale bijenkoninginnen, die verantwoordelijk zijn voor de coördinatie van een sociaal netwerk van bijenarbeiders, is een groter deel van hun brein gewijd aan leren en geheugen dan bij solitaire koninginnen, die veel van het werk zelf moeten doen.
We spraken met Adam Smith, een postdoctorale onderzoeker, om meer te weten te komen over de soort en wat hen drijft.
Er zijn andere studies geweest die hebben gekeken naar de hersenomvang bij sociale en niet-sociale dieren. Waarom besloot je je op bijen te concentreren in plaats van op een andere sociale soort?
Van de vier grote groepen sociale insecten - termieten, bijen, wespen en mieren - zijn bijen de enige met soorten die kunnen schakelen tussen sociaal en solitair. Alle mieren en alle termieten zijn sociaal. Er zijn zowel sociale als solitaire wespen, maar ten minste van de tot nu toe onderzochte soort kan geen enkele wespen solitair en sociaal voortplanten, zoals de bijen van Megalopta genalis .
Ook is de neurobiologie en ontwikkeling van het honingbijbrein zeer goed bestudeerd en zijn een paar andere soorten in veel mindere mate bestudeerd. Samen suggereren deze studies dat omgevingsinvloeden, zelfs op volwassen insecten, de ontwikkeling van de hersenen beïnvloeden. Dit deed ons vermoeden dat de sociale omgeving van de Megalopta genalis ook de hersenontwikkeling zou kunnen beïnvloeden.
Wat is het verschil tussen sociale bijenkoninginnen en eenzame koninginnen?
De belangrijkste overeenkomst tussen de twee is dat ze zich beide voortplanten - dat wil zeggen eieren leggen. Het grote verschil is dat de sociale koninginnen zelden hun nest verlaten en zelden zoeken naar stuifmeel en nectar. Ze leggen alleen eieren. Solitaire koninginnen daarentegen moeten alle reproductietaken uitvoeren. Ze moeten het voedsel (stuifmeel en nectar) voor hun nakomelingen verzamelen, evenals eieren in hun eierstokken ontwikkelen en ze in afzonderlijke nestcellen leggen met het voorziene voedsel. Sociale bijenkoninginnen laten veel van die taken over aan hun werkers. Het andere grote verschil tussen de sociale en eenzame koninginnen is dat sociale koninginnen sociale dominantie moeten vestigen en behouden over hun dochters, die als arbeiders in het nest blijven.
Vanuit het perspectief van hersenontwikkeling is het belangrijk op te merken dat zelfs sociale nesten begonnen als solitaire nesten: een vrouw bouwt een nest en legt eieren, dan verlaat de eerste generatie dochters het nest om hun eigen nesten te initiëren, of ze blijven in hun geboorte nesten als ondergeschikte arbeiders. Dus, hoewel sociale koninginnen zelden foerageren, moesten ze op een gegeven moment hun nest vestigen. De dominantie relatie geassocieerd met sociale nesten, aan de andere kant, is uniek voor sociale koninginnen.
Kun je de sociale hersenhypothese verklaren die je in deze studie hebt onderzocht?
De hypothese van het sociale brein stelt dat de complexiteit van het sociale leven - het bijhouden van dominantiehiërarchieën, familierelaties, individuele identiteit - zo cognitief veeleisend is dat ze meer intelligentie nodig hebben dan wat dieren anders de rest van hun leven nodig zouden hebben.
De basisvoorspelling van de sociale hersenhypothese is dat, als alle andere dingen gelijk zijn, sociale soorten intelligenter zullen zijn dan solitaire soorten. Er zijn echter enkele praktische problemen hiermee. Een daarvan is dat 'intelligentie' geen specifieke eigenschap is die kan worden gemeten, dus in plaats daarvan worden meestal de hersengrootte of de grootte van specifieke hersengebieden (zoals de cortex bij zoogdieren) gemeten. Een ander probleem is dat "alle andere dingen" zelden gelijk zijn tussen soorten. Zelfs nauw verwante soorten verschillen in tal van andere eigenschappen. Ten slotte is het moeilijk om 'socialiteit' te kwantificeren. Sommige soorten kunnen bijvoorbeeld in grote groepen leven, maar met weinig complexe interactie tussen individuen. Andere soorten kunnen in kleine groepen leven, maar met langdurige, subtiele relaties tussen individuen. Welke van deze zou cognitiever zijn? De moeilijkheden die inherent zijn aan vergelijkingen tussen soorten zijn wat ons motiveerde om de Megalopta genalis te gebruiken, omdat de individuen binnen de soort erg op elkaar lijken.
Je ontdekte dat het hersengebied dat verantwoordelijk is voor leren en geheugen groter is in sociale bijenkoninginnen. Betekent dit dat het brein zelf groter is, of dat het anders werkt?
Het hersengebied was in absolute termen niet groter, noch waren de hersenen zelf groter. Wat groter was, was de verhouding van een deel van dit hersengebied (de neuropil van het paddestoellichaam) tot het andere (de Kenyon-cellichamen). In eerdere onderzoeken naar de ontwikkeling van bijenhersenen zijn hogere waarden van deze verhouding het gevolg van verhoogde cognitieve uitdagingen, zoals het leren van nieuwe herkenningslocaties rond het nest. Onze gegevens suggereren dus dat, zoals voorspeld door de sociale hersenhypothese, het vaststellen en behouden van dominantie over een sociale ondergeschikte meer cognitief veeleisend is dan een eenzaam leven.
Het laatste deel van uw vraag raakt de kern van de zaak: we weten niet wat deze verschillen betekenen voor de manier waarop de hersenen werken - noch voor de vorige studies, die zich richtten op meer traditionele leeruitdagingen of die van onszelf, die gericht op sociale verschillen. Toekomstige studies die kijken naar de aard van de neurale verbindingen, in plaats van alleen de verschillen in hersenontwikkeling, zijn nodig om erachter te komen hoe de ontwikkelingsverschillen leiden tot functionele verschillen.
Hoe is deze informatie nuttig? Hoe kan het toekomstig bijenonderzoek bevorderen?
Wat het toekomstige bijenonderzoek betreft, hoop ik dat dit meer vergelijkende studies motiveert. Veel bijen in dezelfde familie als Megalopta zijn bijvoorbeeld gemeenschappelijk, wat betekent dat ze samenleven, maar geen dominantiehiërarchieën hebben. Zien ze vergelijkbare patronen van hersenontwikkeling? En zelfs onder de puur solitaire soorten bijen, zijn er mensen die op slechts één soort bloem zoeken, en anderen die een breed scala aan stuifmeel verzamelen. Tonen de laatste meer flexibele patronen van hersenontwikkeling, terwijl de eerste meer "hard wired" zijn om te zoeken?
Deze studie zou nuttig moeten zijn voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in hersenevolutie, omdat het laat zien dat je niet alleen primaten, met alle logistieke, ethische en wetenschappelijke problemen die ze met zich meebrengen, hoeft te gebruiken om de evolutie van sociale intelligentie te bestuderen. Sociale insecten als een groep staan een breder scala aan vergelijkingen toe dan gewervelde dieren.
