Mrówki Cataglyphis wykorzystują pole magnetyczne Ziemi do orientacji: Odkrycia niemieckich naukowców

Mimo iż są niewielkiej wielkości, mierząc zaledwie kilka centymetrów, a ich mózg składa się z mniej niż miliona neuronów o dość prostych strukturach, to jednak mrówki z gatunku Cataglyphis wykazują niesamowite zdolności. Zaskakująco zmysłowe, te niewielkie stworzenia potrafią korzystać z pola magnetycznego ziemi do celów nawigacyjnych.

Naukowcy z niemieckiego Uniwersytetu Juliusza i Maksymiliana w Würzburgu odkryli kilka lat temu, że pustynne mrówki z rodzaju Cataglyphis są w stanie wykorzystywać pole magnetyczne Ziemi do orientacji. Jednak dopiero niedawno udało im się ustalić, w jakich częściach mózgu mrówek przetwarzane są te informacje. Te nowe odkrycia zostały opublikowane w renomowanym piśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” (DOI: 10.1073/pnas.2320764121). W badaniach naukowcy manipulowali polem magnetycznym podczas wczesnej fazy rozwoju mrówek, co pomogło im określić obszary mózgu odpowiedzialne za przetwarzanie tych danych.

Mrówki Cataglyphis przez wiele lat były przedmiotem badań naukowców z uniwersytetu w Würzburgu. W poprzednich studiach naukowcy odkryli, że młode mrówki często udają się na tak zwane „spacery edukacyjne”, podczas których poznają swoje otoczenie tuż przy wejściu do mrowiska. Zgodnie z wyjaśnieniem Pauline Fleischmann, współautorki badania, zanim mrówka opuści swoje podziemne gniazdo i uda się na poszukiwanie pokarmu, musi najpierw skonfigurować swój system nawigacyjny.

Podczas poszukiwania pożywienia, mrówki potrafią odnaleźć drogę powrotną do mrowiska, nawet jeżeli zapędzą się bardzo daleko. Niezależnie od tego, czy noszą mały kawałek pokarmu idąc przodem do mrowiska, czy ciągną coś większego od siebie – wtedy idą tyłem – nie gubią orientacji. Badacze z Uniwersytetu Juliusza i Maksymiliana postanowili zbadać, które regiony mózgu są zaangażowane w ten proces nawigacyjny. W tym celu manipulowali polem magnetycznym w pobliżu mrowiska, kiedy młode mrówki odbywały spacery edukacyjne, a następnie szukali zmian w ich układach nerwowych wywołanych zakłóceniami w polu magnetycznym.

Podczas tych edukacyjnych spacerów, mrówki dokładnie badały swoje najbliższe otoczenie. Naukowcy skoncentrowali się na młodych pracownikach, które jeszcze nie miały okazji uczestniczyć w tych spacerach. Te mrówki mogły opuścić mrowisko tylko podczas starannie zaplanowanych eksperymentów, zarówno w naturalnych warunkach, jak i gdy naukowcy manipulowali polem magnetycznym.

Następnie naukowcy sprawdzili, czy te zakłócenia pola magnetycznego spowodowały jakiekolwiek strukturalne zmiany w układzie nerwowym mrówek. Fleischmann wyjaśniła, że neuroanatomiczne badania dowiodły, 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, znanym jako ciało grzybkowate. Analizy wykazały również strukturalne zmiany w tej części mózgu mrówek, która jest odpowiedzialna za orientację przestrzenną.

Mrówki, które miały możliwość odbycia pierwszych wędrówek w naturalnych warunkach, różniły się wyraźnie od tych, które eksperymentowały z zakłóconym polem magnetycznym. Ich doświadczenia sensoryczne, związane z połączeniem informacji o polu magnetycznym, położeniu słońca i otoczeniu wizualnym, prowadziły do procesu uczenia się, który pociągał za sobą strukturalne zmiany w neuronach i wzrost połączeń synaptycznych w odpowiednich obszarach. W normalnych warunkach, gdy pole magnetyczne nie było zakłócane, młode mrówki wykazywały zwiększoną liczbę połączeń synaptycznych.

Autorzy badania sugerują, że przetwarzanie informacji z pola magnetycznego nie tylko pomaga w skutecznej nawigacji, ale także odgrywa kluczową 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.