Rodzicielstwo nie zaczęło się od ssaków.
Zaczęło się od głodu.
Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Nature pokazuje, jak ewolucja przekształciła starożytne mechanizmy biologiczne w celu wytworzenia zachowań opiekuńczych. Naukowcy z Uniwersytetu Rockefellera badali klonalne mrówki-najeźdźcy. Owady te opiekują się swoim potomstwem, ale nie zbudowały do tego nowych „aparatów” w mózgu. Zamiast tego przejęli kontrolę nad systemami regulującymi zaopatrzenie w żywność.
Ewolucja rzadko wymyśla coś od zera. Bierze to, co już działa i wykorzystuje to inaczej.
„Ewolucja wykorzystuje to, co istnieje i zgodnie z tym postępuje, czasami w bardzo nieoczekiwany sposób” – mówi Daniel Cronauer, dyrektor Laboratorium Ewolucji i Zachowań Społecznych.
To odkrycie wyjaśnia, dlaczego mrówki, ptaki i ssaki opiekują się swoim potomstwem, mimo że mają różnych przodków. Mechanizm jest niezwykle podobny u wszystkich tych gatunków.
Hipoteza starożytnego obwodu mocy
Wiele zwierząt składa jaja i odchodzi, nie okazując żadnej opieki.
Ssaki karmią swoje młode piersią. Ptaki wysiadują gniazda. Mrówki żywią się larwami.
Jak doszło do tego przejścia? Główną ideą jest modyfikacja. Ewolucja zmieniła istniejące systemy, zamiast tworzyć nowe.
Wcześniejsze badania na myszach wykazały, że neupeptydy związane z głodem stymulują również zachowania rodzicielskie. Jednak przetestowanie tej hipotezy na prostych zwierzętach, takich jak muszki owocowe czy glisty, jest trudne. Nie dbają o swoje potomstwo.
Myszy są do tego lepsze. Ale ich mózgi są zbyt złożone: około 100 milionów neuronów.
Mrówki są prostsze. Mają tylko około 60 000 neuronów.
Ta prostota czyni je potężnym modelem. Pozwala na szybsze i bardziej szczegółowe badania obwodów neuronowych.
Mapowanie mózgu mrówek
Zespół Cronauera opracował sposób dokładnego pomiaru zachowań opiekuńczych. Stworzyli system behawioralny, który jednocześnie śledził setki pojedynczych mrówek za pomocą pojedynczych larw.
Zidentyfikowali także chemiczne cząsteczki sygnalizacyjne w mózgach mrówek i sprawdzili, jak każdy z nich wpływa na zachowanie.
W koloniach mrówek istnieje wyraźny podział pracy ze względu na wiek.
Młode mrówki pozostają w środku i opiekują się larwami.
Starsze mrówki wychodzą na zewnątrz w poszukiwaniu pożywienia.
Naukowcy chcieli zrozumieć, w jaki sposób chemia mózgu napędza tę zmianę.
„Dodaliśmy adnotacje do neupeptydu… Udało nam się zidentyfikować 70 cząsteczek.” —Kay
Była to żmudna praca, ale pozwoliła uzyskać listę 70 konkretnych cząsteczek. Teraz można je eksplorować na różne sposoby.
Dwie cząsteczki kontrolują przełączanie
Wyniki były jasne.
Systemy regulujące opiekę są bezpośrednio powiązane ze starożytnymi obwodami głodu.
Dwie cząsteczki sygnalizacyjne kontrolują ten przełącznik.
- Neupeptyd F (NPF). Pobudza do pielęgnacji.
- Alatostatyna A (AstA). Zachęca do poszukiwania pożywienia.
U młodych mrówek poziom NPF jest wysoki, a AstA niski.
U starych mrówek obraz jest odwrotny.
Odpowiada to ich naturalnemu przejściu od opieki nad młodymi do poszukiwania pożywienia.
Kiedy zespół sztucznie zmienił aktywność tych cząsteczek, zachowanie mrówek natychmiast się zmieniło. Świadczy to o silnym wpływie tych neupeptydów na zachowania społeczne.
Głód nadal odgrywa rolę.
Głodne mrówki zwiększyły poziom NPF i zmniejszyły AstA.
Zaczęli zachowywać się bardziej jak troskliwi rodzice.
Dobrze odżywione mrówki zaobserwowały odwrotną równowagę. Porzuciły opiekę na rzecz poszukiwania pożywienia.
„W rodzicielstwie w dużej mierze chodzi o karmienie” – mówi Cronauer. „Nie tylko ty, ale także twoje potomstwo”.
Dlaczego jest to ważne dla zdrowia ludzkiego
Nie dotyczy to tylko owadów.
Ssaki używają podobnych cząsteczek. Porównanie tych obwodów u różnych gatunków może ujawnić wspólne mechanizmy ewolucji rodzicielstwa.
„Zadziwia mnie, że to zachowanie ewoluowało tak wiele razy” – mówi Kay.
Ewolucyjne ścieżki tych zachowań są bardziej ograniczone, niż wcześniej sądzono.
W przyszłości może to doprowadzić do stworzenia „mapy” złożonych zachowań społecznych.
Jest jeszcze inny aspekt. Mrówki naturalnie się starzeją, przechodząc z roli troskliwych rodziców do roli zbieraczy. Stanowi to model zdrowego starzenia się.
Najwięcej środków przeznacza się na leczenie zaawansowanych stadiów chorób neurodegeneracyjnych. Niewiele jednak wiemy o normalnych zmianach w mózgu.
„Właściwie niewiele wiemy o tym, jak zmienia się mózg w ciągu zdrowego życia człowieka” – mówi Cronauer.
Ta dynamika leży u podstaw społeczeństwa mrówek.
Neuromodulatory powodują zmiany zależne od wieku.
Prawdopodobnie dotyczy to innych zwierząt, w tym ludzi.
Mózg się zmienia. Zmiany zachowania.
To jest zmiana, a nie koniec.
