Myror som får en koffeinspetsad sockerrik belöning blir mer effektiva på att navigera tillbaka till belöningens plats jämfört med myror som bara får socker. Forskare rapporterar den 23 maj i tidskriften iScience att koffeinhaltiga myror rör sig mot belöningen via en mer direkt väg men inte ökar hastigheten, vilket tyder på att koffein förbättrade deras förmåga att lära sig.
Studien utfördes på argentinska myror (Linepithema humile), en globalt invasiv art, och forskarna säger att inkorporering av koffein i myrbeten kan hjälpa ansträngningarna att kontrollera myrorna genom att förbättra beteupptaget.
"Tanken med det här projektet var att hitta något kognitivt sätt att få myrorna att konsumera mer av de giftiga beten vi lägger i fältet", säger försteförfattaren och doktorandforskaren Henrique Galante, en beräkningsbiolog vid University of Regensburg.
"Vi fann att mellanliggande doser av koffein faktiskt ökar inlärningen - när du ger dem lite koffein, driver det dem till att ha rakare vägar och att kunna nå belöningen snabbare."
Argentina myror är en av de mest ekologiskt skadliga och kostsamma invasiva arterna i världen. Kontrollinsatser, som fokuserar på att använda giftiga beten, har visat sig vara ineffektiva, troligtvis på grund av lågt beteupptag och bete överges. Forskarna ville testa om användning av koffein, som har visat sig förbättra inlärningen hos honungsbin och humlor, kan förbättra myrornas förmåga att lära sig betesplatsen och vägleda sina bokamrater tillbaka dit.
"Vi försöker göra dem bättre på att hitta dessa beten, för ju snabbare de går och kommer tillbaka till dem, desto fler feromonspår lägger de, desto fler myror kommer, och därför kommer de att sprida giftet i kolonin innan de inser att det är gift", säger Galante.
I labbet testade forskarna om olika koncentrationer av koffein skulle påverka myrornas förmåga att lokalisera och flytta en söt belöning. Myrorna gick nerför en Lego vindbrygga på en testplattform – ett A4-papper som låg över en akrylyta – på vilken forskarna hade placerat en droppe sackaroslösning spetsad med 0, 25 ppm, 250 ppm eller 2 000 ppm koffein.
"Den lägsta dosen vi använde är vad du hittar i naturliga växter, mellandosen liknar den du skulle hitta i vissa energidrycker, och den högsta mängden är inställd på LD50 för bin - där hälften av bina som matas med denna dos dör – så det är sannolikt ganska giftigt för dem, säger Galante.
Forskarna använde ett automatiserat spårningssystem för att övervaka hur snabbt myrorna reste till och från belöningen och direktheten på deras väg. Sammantaget testade de 142 myror, och varje myra testades fyra gånger. Myrorna fick möjlighet att lasta av maten de hade samlat in mellan försöken och forskare tog också bort och bytte ut papperslappen så att myrorna inte skulle kunna följa sitt eget feromonspår tillbaka till belöningsplatsen.
Utan koffein lärde sig myrorna inte att navigera till belöningsplatsen snabbare på efterföljande födosöksresor, vilket tyder på att de inte framgångsrikt hade begått dess plats i minnet. Men myror vars söta belöning innehöll låga eller mellanliggande doser av koffein blev mer effektiva när det gäller att flytta belöningen.
Födosökningstiden minskade med 28 % per besök för myror som fick 25 ppm koffein och med 38 % per besök för myror som fick 250 ppm koffein, vilket innebär att om en myra tog 300 s vid sitt första besök, vid den sista prövningen, skulle förväntas ta 113 s vid den låga koffeindosen och 54 s vid den mellanliggande dosen. Denna effekt sågs inte vid den högsta koffeindosen.
Forskarna visade att koffein sänkte myrornas födosökstider genom att göra dem mer effektiva, inte genom att göra dem snabbare. Det fanns ingen effekt av koffein på myrornas tempo vid någon dosering, men myror som fick låga till mellanliggande doser av koffeinresor färdades på mindre slingrande vägar.
"Vad vi ser är att de inte rör sig snabbare, de är bara mer fokuserade på vart de är på väg", säger Galante. "Detta tyder på att de vet vart de vill gå, därför har de lärt sig var belöningen finns."
Koffein hade ingen inverkan på myrornas målförmåga (hur effektivt de reste tillbaka till boet), även om deras vägar hem blev mindre slingrande för varje resa oavsett koffein.
Forskarna är optimistiska om att koffein kan hjälpa ansträngningarna att kontrollera argentinska myror, men ytterligare forskning behövs först. De testar för närvarande koffeinspetsade beten i en mer naturalistisk fältmiljö i Spanien och planerar även att undersöka om det finns någon interaktion mellan koffein och betesgiftet.
Mer information: Akut exponering för koffein förbättrar födosökningen hos en invasiv myra, iScience (2024). DOI:10.1016/j.isci.2024.109935. www.cell.com/iscience/fulltext … 2589-0042(24)01157-X
Journalinformation: iScience
Tillhandahålls av Cell Press
