In Panama untersuchen Forscher im neuen neurobiologischen Labor des Smithsonian Tropical Research Institute, wie das Gehirn der tropischen Schweißbiene Megalopta genalis mit dem Verhalten der sozialen Königinnen und Einzelköniginnen der Arten zusammenhängt. Die Studie hilft Wissenschaftlern dabei, große Fortschritte beim Verständnis des Sozialverhaltens der Insekten zu erzielen.
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Nach der Beobachtung der Bienen während der täglichen Aktivitäten (Sammeln von Nahrung und Legen von Eiern) fanden die Forscher ein interessantes Muster in der Gehirnregion, das für das Lernen und das Gedächtnis verantwortlich ist. In sozialen Königinnen, die für die Koordination eines sozialen Netzwerks von Bienenarbeitern verantwortlich sind, ist ein größerer Teil ihres Gehirns dem Lernen und Gedächtnis gewidmet als in alleinstehenden Königinnen, die einen Großteil der Arbeit selbst erledigen müssen.
Wir sprachen mit Adam Smith, einem Postdoktoranden der Studie, um mehr über die Spezies und deren Zecken zu erfahren.
Es gab andere Studien, die sich mit der Gehirngröße bei sozialen und nicht-sozialen Tieren befassten. Warum haben Sie sich entschieden, sich auf Bienen zu konzentrieren, anstatt auf eine andere soziale Spezies?
Von den vier Hauptgruppen sozialer Insekten - Termiten, Bienen, Wespen und Ameisen - sind Bienen die einzigen mit Arten, die zwischen sozialem und einzelnem Wesen wechseln können. Alle Ameisen und Termiten sind sozial. Es gibt sowohl soziale als auch Einzelwespen, aber zumindest von den bisher untersuchten Arten kann sich keine einzelne Wespenart einzeln und sozial vermehren, wie es die Megalopta genalis- Bienen können.
Auch die Neurobiologie und Entwicklung des Gehirns von Honigbienen ist sehr gut untersucht, und einige andere Arten wurden in viel geringerem Umfang untersucht. Zusammengenommen legen diese Studien nahe, dass Umwelteinflüsse, auch bei erwachsenen Insekten, die Gehirnentwicklung beeinflussen. Dies ließ uns vermuten, dass das soziale Umfeld der Megalopta genalis auch die Entwicklung des Gehirns beeinflussen könnte.
Was ist der Unterschied zwischen sozialen Bienenköniginnen und Einzelköniginnen?
Die wichtigste Ähnlichkeit zwischen den beiden ist, dass sie sich beide fortpflanzen - also Eier legen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die sozialen Königinnen selten ihr Nest verlassen und selten nach Pollen und Nektar suchen. Sie legen nur Eier. Einzelköniginnen hingegen haben alle Pflichten der Fortpflanzung zu erfüllen. Sie müssen das Futter (Pollen und Nektar) für ihre Nachkommen sammeln, Eier in ihren Eierstöcken entwickeln und sie mit dem zur Verfügung gestellten Futter in einzelne Nistzellen legen. Soziale Bienenköniginnen überlassen viele dieser Aufgaben ihren Arbeitern. Der andere große Unterschied zwischen der sozialen und der Einzelkönigin besteht darin, dass die soziale Königin die soziale Dominanz über ihre Töchter, die als Arbeiter im Nest bleiben, aufbauen und aufrechterhalten muss.
Aus der Sicht der Gehirnentwicklung ist es wichtig zu wissen, dass sogar soziale Nester als Solitärnester begannen: Ein Weibchen baut ein Nest und legt Eier, dann verlässt die erste Generation von Töchtern entweder das Nest, um ihre eigenen Nester zu errichten, oder sie bleiben in ihren Geburtsnestern als untergeordnete Arbeiter. Während soziale Königinnen selten nach Nahrung suchten, mussten sie irgendwann ihr Nest aufbauen. Die Dominanzbeziehung, die mit sozialen Nestern verbunden ist, ist andererseits für soziale Königinnen einzigartig.
Können Sie die Hypothese des sozialen Gehirns erklären, die Sie in dieser Studie untersucht haben?
Die Hypothese des sozialen Gehirns besagt, dass die Komplexität des sozialen Lebens - Beherrschungshierarchien, familiäre Beziehungen, individuelle Identität - so kognitiv anstrengend ist, dass sie mehr Intelligenz erfordert, als Tiere sonst für den Rest ihres Lebens benötigen würden.
Die grundlegende Vorhersage der Hypothese des sozialen Gehirns lautet, dass soziale Spezies bei sonst gleichen Bedingungen intelligenter sind als einzelne. Es gibt jedoch einige praktische Probleme. Eine davon ist, dass "Intelligenz" kein spezifisches Merkmal ist, das gemessen werden kann, weshalb stattdessen normalerweise die Gehirngröße oder die Größe bestimmter Regionen des Gehirns (wie der Kortex bei Säugetieren) gemessen wird. Ein weiteres Problem ist, dass "alle anderen Dinge" zwischen den Arten selten gleich sind. Sogar eng verwandte Arten unterscheiden sich in einer Vielzahl anderer Merkmale. Schließlich ist es schwierig, "Sozialität" zu quantifizieren. Zum Beispiel können einige Arten in großen Gruppen leben, aber mit wenig komplexer Interaktion zwischen Individuen. Andere Arten können in kleinen Gruppen leben, aber mit lang anhaltenden, subtilen Beziehungen zwischen Individuen. Welches davon wäre kognitiv anspruchsvoller? Die Schwierigkeiten, die dem Artenvergleich inhärent sind, haben uns motiviert, die Megalopta genalis zu verwenden, da die Individuen innerhalb der Arten sehr ähnlich sind.
Sie haben festgestellt, dass die Gehirnregion, die für Lernen und Gedächtnis verantwortlich ist, bei den Königinnen der sozialen Bienen größer ist. Bedeutet das, dass das Gehirn selbst größer ist oder anders funktioniert?
Die Hirnregion war absolut gesehen weder größer, noch waren die Gehirne selbst größer. Was größer war, war das Verhältnis eines Teils dieser Gehirnregion (der Pilzkörper-Neuropil) zu einem anderen (der Kenyon-Zellkörper). In früheren Studien zur Entwicklung des Bienengehirns resultieren höhere Werte dieses Verhältnisses aus erhöhten kognitiven Herausforderungen, wie dem Erlernen neuer Orientierungspunkte rund um das Nest. Unsere Daten legen daher den Schluss nahe, dass die Feststellung und Aufrechterhaltung der Dominanz über einen sozialen Untergebenen, wie aus der Hypothese des sozialen Gehirns hervorgeht, kognitiv anspruchsvoller ist als das Leben als Einzelgänger.
Der letzte Teil Ihrer Frage trifft wirklich den Kern der Sache: Wir wissen nicht, was diese Unterschiede in Bezug auf die Funktionsweise des Gehirns bedeuten - entweder für frühere Studien, die sich auf traditionellere Lernherausforderungen konzentrierten, oder für unsere eigenen konzentriert sich auf soziale Unterschiede. Zukünftige Studien, die die Art der neuronalen Verbindungen und nicht nur die Unterschiede in der Gehirnentwicklung untersuchen, sind erforderlich, um herauszufinden, wie die Entwicklungsunterschiede zu funktionellen Unterschieden führen.
Wie sind diese Informationen nützlich? Wie kann die zukünftige Bienenforschung vorangetrieben werden?
In Bezug auf die zukünftige Bienenforschung hoffe ich, dass dies zu vergleichenden Studien anregt. Zum Beispiel sind viele Bienen in der gleichen Familie wie Megalopta gemeinschaftlich, was bedeutet, dass sie zusammenleben, aber keine Dominanzhierarchien haben. Zeigen sie ähnliche Muster der Gehirnentwicklung? Und selbst unter den rein einsamen Bienenarten gibt es diejenigen, die sich nur von einer Blumensorte ernähren, und andere, die eine Vielzahl von Pollen sammeln. Zeigen die letzteren flexiblere Muster der Gehirnentwicklung, während die ersteren "fest verdrahtet" sind, um nach Futter zu suchen?
Diese Studie sollte für Forscher nützlich sein, die an der Evolution des Gehirns interessiert sind, da sie zeigt, dass Sie nicht nur Primaten mit all den logistischen, ethischen und wissenschaftlichen Schwierigkeiten verwenden müssen, um die Evolution der sozialen Intelligenz zu untersuchen. Soziale Insekten als Gruppe erlauben einen breiteren Vergleich als Wirbeltiere.
