Ett internationellt team av biologer och teoretiska fysiker från Dresden (Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems), Cambridge, Storbritannien (Babraham Institute) och Aten (B.S.R.C. "Alexander Fleming") har tacklat denna paradox med hjälp av experiment på pappersgetingar. Pappersgetingar är sociala insekter som uppvisar samhällelig arbetsfördelning, med vissa insekter som specialiserar sig på födosök och andra uppgifter (arbetare) medan en enda insekt blir drottningen som specialiserar sig på att producera avkomma.

Även om denna arbetsfördelning förblir stabil under hela drottningens livstid, när drottningen tas bort från boet eller dör kan de återstående arbetarna snabbt ändra sitt beteende och etablera en ny drottning. På grund av detta beteende fungerar pappersgetingarna som en experimentell testplats för att studera biologisk plasticitet.

Under studiebesök till getingarnas hemvist i Panama genomförde forskarna experiment där de tog bort drottningen från bosamhällen och sedan mätte hur de återstående arbetarna återupprättar en ny drottning.

I dessa experiment kombinerade forskningen olika experimentella verktyg som videoinspelningar och detaljerad molekylär profilering av insekternas hjärnor för att följa denna process samtidigt på vitt skilda rumsliga skalor av biologisk organisation för att undersöka samspelet mellan molekylära processer och samhälleliga interaktioner.

"Att använda sociala insekter för att studera plasticitet gav oss den unika möjligheten att relatera molekylära, individuella och samhälleliga processer över tid på nivån för enskilda insekter, något som inte är genomförbart när man studerar celler i däggdjursvävnader", säger Dr. Solenn Patalano som genomförde studien. experiment.

Genom att använda teori, lösgjorde forskarna, ledda av Dr. Steffen Rulands, de olika processer som leder till upprättandet av ett stabilt samhälle och arbetarnas förmåga att etablera en ny drottning. De fann att pappersgetingar uppväger uttrycket av gener som etablerar drottningsliknande beteende med aggressiva strider som förtrycker samma gener.

Deras beräkningar visade att detta gör det möjligt för dessa samhällen att skilja mellan olika typer av störningar som påverkar boet:inneboende störningar påverkar insekter oberoende av varandra och de undertrycks aktivt av samhället. Yttre störningar påverkar hela samhället och samhället reagerar plastiskt.

"Det är fascinerande att se hur dessa samhällen lyckas kombinera processer som sker på skalor i storleksordning isär för att övervinna en till synes paradox", säger Adolfo Alsina, som utförde det teoretiska arbetet. Insikterna från sociala insekter kan i framtiden användas för att förstå plasticitet i andra biologiska system, såsom omprogrammering av celler till stamceller i regenerativa terapier.

Forskningen publicerades i Cell Systems . + Utforska vidare

I duellerande myror som tävlar om att bli drottning avgör beteendemässiga och molekylära signaler snabbt vem som vinner