Mrówki potrafią nawigować korzystając z ziemskiego pola magnetycznego

Mają zaledwie kilka centymetrów, a ich mózgi mają mniej niż milion neuronów i stosunkowo prostą strukturę. Niemniej jednak mrówki z rodzaju Cataglyphis posiadają wyjątkowe zdolności. Potrafią chociażby nawigować korzystając z ziemskiego pola magnetycznego.

Mrówki pustynne z rodzaju Cataglyphis potrafią orientować się korzystając z pola magnetycznego Ziemi. Naukowcy z Uniwersytetu Juliusza i Maksymiliana w Würzburgu w Niemczech odkryli to kilka lat temu. Jednak do tej pory nie było wiadomo, gdzie w ich mózgach przetwarzane są te informacje. Teraz to się zmieniło. W nowych badaniach, które ukazały się na łamach pisma "Proceedings of the National Academy of Sciences" (DOI: 10.1073/pnas.2320764121) zespół niemieckich naukowców manipulował polem magnetyczny na wczesnym etapie rozwoju mrówek. To pozwoliło im ustalić regiony odpowiedzialne za przetwarzanie tych informacji.

Mrówki z rodzaju Cataglyphis od lat są przedmiotem badań naukowców z Würzburga. We wcześniejszych pracach uczeni ustalili, że młode mrówki wyruszają na, jak to określili badacze, "spacery edukacyjne". Kręcą się tuż przy wejściu do mrowiska i zapoznają się z okolicą. - Zanim mrówka po raz pierwszy opuści swoje podziemne gniazdo i wyruszy w poszukiwaniu pożywienia, musi skalibrować swój system nawigacji – wyjaśniła współautorka badania Pauline Fleischmann.

W poszukiwaniu pokarmu mrówki mogą zapędzić się bardzo daleko od mrowiska. Ale to nie przeszkadza im w odnajdywaniu drogi powrotnej. I nie ma znaczenia, czy niosą małą zdobycz – w tym przypadku idą przodem w kierunku mrowiska, czy znaleziony kawałek pokarmu jest większy od nich samych i muszą go ciągnąć – wtedy idą tyłem do kierunku mrowiska. Mrówki nie gubią się niezależnie od tego, jak zorientowane jest ich ciało w przestrzeni.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

W badaniach terenowych w południowej Grecji naukowcy z Uniwersytetu Juliusza i Maksymiliana chcieli dowiedzieć się, które obszary mózgu są zaangażowane w ten proces. W tym celu zaczęli manipulować polem magnetycznym w pobliżu badanego mrowiska, gdy młode mrówki odbywały spacery edukacyjne. W kolejnym kroku uczeni szukali zmian w ich układach nerwowych wywołanych zakłóceniami w polu magnetycznym, jako wyrazu nowo nabytego doświadczenia.

Podczas wspomnianych spacerów edukacyjnych mrówki eksplorują najbliższe otoczenie wokół wejścia do mrowiska. Wielokrotnie obracają się wokół siebie, z krótkimi przerwami pomiędzy obrotami. Podczas tych przerw zawsze patrzą dokładnie w stronę wejścia do gniazda, nawet jeśli nie widzą maleńkiej dziury w ziemi.

Naukowcy skupili się na młodych robotnicach, które nie odbył jeszcze żadnych spacerów edukacyjnych. Zwierzęta mogły wyruszyć na ekspedycję jedynie w ramach precyzyjnie zaplanowanych eksperymentów – czasem w warunkach naturalnych, czasem, gdy badacze manipulowali polem magnetycznym.

Następnie naukowcy sprawdzili, czy w układzie nerwowym mrówek zaszły jakiekolwiek zmiany strukturalne. - Nasze analizy neuroanatomiczne pokazują, że mrówki wystawione na działanie zmienionego pola magnetycznego mają mniejszą objętość i mniej kompleksów synaptycznych w obszarze mózgu odpowiedzialnym za integrację informacji wzrokowych i uczenie się, czyli w tak zwanym ciele grzybkowatym – wyjaśnia Fleischmann. Analiza wykazała również zmiany strukturalne w tej części zwojów mózgowych mrówek, które odpowiedzialne są za orientację przestrzenną.

Mrówki, którym pozwolono odbyć pierwsze wędrówki w naturalnych warunkach, wyraźnie różniły od robotnic, które pierwsze kroki poza mrowiskiem stawiały przy zakłócanym polu magnetycznym. Ich doświadczenia zmysłowe, połączenie informacji o polu magnetycznym, położeniu słońca i środowisku wizualnym, uruchomiły proces uczenia się, któremu towarzyszyły zmiany strukturalne w neuronach i wzrost połączeń synaptycznych we wspomnianych obszarach. W normalnych okolicznościach, czyli gdy pole magnetyczne nie było zakłócane, młode mrówki wykazywały zwiększoną liczbę połączeń synaptycznych – miejsc, w których neurony łączą się ze sobą.

Autorzy badań sugerują, że przetwarzanie informacji z pola magnetycznego nie polega tylko na skutecznej nawigacji, ale odgrywa również ważną rolę w rozwoju pamięci przestrzennej mrówek. - Podczas spacerów edukacyjnych mrówki potrzebują działającego kompasu magnetycznego, aby skalibrować kompas wizualny i jednocześnie przechowywać obrazy otoczenia gniazda w swojej pamięci długotrwałej – stwierdziła Fleischmann.

W kolejnym kroku zespół chce zbadać, który narząd mrówka wykorzystuje do odbierania informacji o polu magnetycznym oraz jakimi drogami sensorycznymi informacje jest przekazywana i przetwarzana. Nie udało się tego jeszcze osiągnąć w przypadku żadnego gatunku zwierząt, który orientuje się w polu magnetycznym Ziemi.

Źródło: Julius-Maximilians-Universität Würzburg