Deze mieren kunnen hun hersenen laten krimpen en weer laten groeien

Nieuw onderzoek naar de Harpegnathos saltator toont aan dat deze mieren spectaculaire, omkeerbare veranderingen kunnen ondergaan die voorheen onbekend waren bij insecten.

Door Troy Farah
Gepubliceerd 16 apr. 2021 16:48 CEST
ants-regrow-brains

Wanneer de koningin van een kolonie sterft, duelleren de werksters van de Harpegnathos saltator om te beslissen wie het nieuwe hoofd van de kolonie wordt. De winnaar ondergaat ongewone lichamelijke veranderingen, zoals het krimpen van de hersenen, wat weer kan worden teruggedraaid.

Foto van Clint Penick

Bij de meeste mierenkolonies is er een duidelijke hiërarchie. Eén koningin legt alle eieren, terwijl een kaste van werksters de rest op zich neemt: voedsel zoeken, babymieren verzorgen, oorlog voeren enzovoort. Alleen mannetjes en koninginnen kunnen zich voortplanten. De overige mieren zijn steriel. Als de koningin sterft, sterft de kolonie meestal ook.

Dat ligt anders bij de Harpegnathos saltator. Deze soort heeft tangachtige kaken en grote zwarte ogen en leeft in de bossen langs de westkust van India. Wanneer de koningin sterft, houden de werksters van deze kolonies bizarre wedstrijden waarbij de winnaar de vorstin wordt die eieren kan produceren. De eierstokken van de winnende vrouwtjesmier worden groter en haar hersenen krimpen met ongeveer 25 procent.

Uit nieuw onderzoek blijkt echter dat deze koninginnen van hun voetstuk kunnen worden gestoten, waarna ze weer werksters worden. Hierdoor krimpen de eierstokken weer en groeien de hersenen weer terug. Deze buitengewone prestatie is niet eerder bij insecten waargenomen.

‘In de dierenwereld is deze mate van plasticiteit, en vooral omkeerbare plasticiteit, vrij uniek.’ Dat zegt Clint Penick, de hoofdauteur van het onderzoek waarin deze ontdekking is beschreven en dat woensdag is gepubliceerd in de Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

Lees ook: Deze mieren decoreren hun huis met de schedels van hun vijanden

Spel van mieren 

Penick is assistent-professor Ecologie, Evolutie en Biologie aan de Amerikaanse Kennesaw State University in Georgia. Hij heeft de Harpegnathos saltator jaren bestudeerd. Wanneer deze werksters overgaan op een koninginachtige voortplantingsmodus, worden ze door wetenschappers gamergates genoemd (niet te verwarren met de hetze op sociale media in verband met ethische normen in de game-industrie). De term gamergate komt van het Griekse woord voor ‘getrouwde arbeider’ en werd in de jaren 1980 bedacht. Het woord ‘gam’ in gamergate klinkt als ‘hem’.

Elk lid van de H. saltator kan zich voortplanten. Maar dit kan alleen als een individu een reeks dominantiegevechten wint die plaatsvindt nadat een koningin is gestorven. Net als bij een steekspel steken de mieren elkaar om beurten snel met hun antennes.

De helft van de kolonie kan bij deze bokswedstrijden betrokken raken, die tot veertig dagen kunnen duren. Behalve de winnaar blijven alle mieren werksters.

Volgens Rachelle Adams, die de evolutie en chemische ecologie van mieren bestudeert aan Ohio State University, zijn complexe gedragingen om de dominantie te bepalen bekend bij andere insecten. Wespenkoninginnen wedijveren bijvoorbeeld om de mogelijkheid om nakomelingen te produceren. Adams: ‘Maar in dit geval zijn het werksters die strijden om de voortplantingsrol, wat echt fascinerend is.’

Kijk hoe een parasitaire schimmel mieren in ‘zombies’ verandert
De ‘grande finale’ van de dodelijke parasiet eindigt wanneer zijn giftige sporen uit de kop van de dode mier ontspruiten.

Wanneer een gamergate het stokje overneemt, ondergaat deze veel interne veranderingen. De belangrijkste verandering is dat de hersenen voor een kwart krimpen, wat volgens Penick een enorm verlies aan hersenmassa inhoudt. De onderzoekers ontdekten ook dat deze koninginachtige mieren geen gif meer produceren en dat hun gedrag verandert. Ze verstoppen zich voor indringers en vertonen geen jachtgedrag meer.

Om meer te weten te komen over de plasticiteit van de mierenhersenen en om te zien of deze veranderingen konden worden teruggedraaid, schilderden Penick en zijn collega’s zestig gamergates in specifieke kleuren om ze van de rest te kunnen onderscheiden. Een willekeurig gekozen helft van deze mieren werd enkele weken in isolatie geplaatst. De dertig andere mieren vormden een controlegroep. Door de sociale isolatie hadden de koninginachtige mieren hun status op het gebied van vruchtbaarheid verloren. Toen ze weer in de kolonie werden geplaatst, werden ze onmiddellijk door andere werksters gegrepen en vastgehouden.

Dit wordt ‘policing’ genoemd. Penick legt uit dat dit volgens onderzoekers de manier is waarop deze mieren voorkomen dat hun kolonies te veel reproductieve leden hebben. Als een koninginachtige mier met gedeeltelijk ontwikkelde eierstokken wordt ontdekt, zullen andere werksters de mier bijten en uren of zelfs dagen vasthouden, zij het zonder letsel aan te richten. ‘Het is bijna alsof je ze in een mierengevangenis stopt,’ zegt Penick.

Wetenschappers denken dat de stress van deze situatie een reeks chemische veranderingen teweegbrengt die de gamergates weer in een werkster doen veranderen. Dat gebeurt meestal binnen een dag of zo.

Penick: ‘Toen we ze doodden en hersenscans uitvoerden, ontdekten we dat alle kenmerken weer volledig waren hersteld. Hun eierstokken waren gekrompen, ze waren weer gif gaan produceren... en hun hersenen waren weer tot hun oorspronkelijke grootte teruggegroeid.’

‘Een heel ander verhaal'

Aanzienlijke veranderingen in de omvang en complexiteit van de hersenen zijn bij enkele andere diersoorten vastgesteld, zoals grondeekhoorns in winterslaap en sommige vogels. Bij witkuifmussen bijvoorbeeld groeien maar liefst 68.000 nieuwe neuronen wanneer het broedseizoen begint. Dit helpt hen nieuwe paringsroepen te leren. Tegen de winter, wanneer voedsel schaars is, sterft een even groot aantal neuronen af. Wanneer het weer lente wordt, begint de cyclus opnieuw. Maar bij insecten is dit fenomeen nieuw.

‘Er zijn veel insecten waarbij de plasticiteit van al deze eigenschappen is gedocumenteerd. Maar ik ken geen enkel insect met deze mate van omkeerbare plasticiteit,’ aldus Emilie Snell-Rood, evolutionair bioloog aan de Universiteit van Minnesota. ‘Veel sociale insecten vertonen veranderingen in deze hersengebieden wanneer ze in hun leven als werkster een andere fase ingaan of wanneer foerageergedrag overgaat in koninginnengedrag. Maar dat een neurale verandering weer wordt teruggedraaid, is een heel ander verhaal.’

Adams zegt dat dit soort omkeerbare hersenveranderingen misschien niet zo zeldzaam zijn als we denken. We hebben alleen nog niet goed genoeg gekeken. ‘Het zou me niet verbazen als we dit vaker tegen zouden komen,’ zegt ze.

Ze stelt voor om te kijken naar mierensoorten die meerdere koninginnen kunnen hebben, zoals de Iridomyrmex purpureus. Wanneer koninginnen hun werk verdelen, waarbij sommige in de kolonie blijven en andere gaan foerageren, zou ook hier volgens Adams sprake kunnen zijn van een verschil in hersengrootte of -functie.

Als omkeerbare plasticiteit bij alle soorten beter wordt onderzocht, kan dit grote gevolgen hebben voor onze kennis van menselijke hersenen. ‘In een veel later stadium zouden we inzicht kunnen krijgen in bijvoorbeeld de manier waarop menselijke hersenen zich ontwikkelen,’ aldus Penick.

Dergelijk onderzoek zou wetenschappers bijvoorbeeld meer kunnen leren over de genen die verband houden met neurale plasticiteit en de werking ervan.

‘Sommigen vragen zich misschien af waarom deze willekeurige mierensoort wordt bestudeerd. Maar deze mieren hebben in de loop van de evolutie een fascinerend mechanisme van neurale plasticiteit ontwikkeld,’ zegt Snell-Rood. ‘Ik denk dat we veel kunnen leren van de verbazingwekkende neurale aanpassingen bij verschillende dieren.’

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

  • Gebruiksvoorwaarden
  • Privacyverklaring
  • Cookiebeleid
Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.