Superorganismen sind mehr als die Summe ihrer Teile

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Wie beeinflusst die Größe der Organisation und Physiologie der Superorganismen wie Bakteriengemeinschaften, Insekten Kolonien oder menschliche Städte? James Waters und Tate Holbrook, Studenten der Fakultät für Lebenswissenschaften an der Arizona State University, arbeiten an der Beantwortung dieser Frage durch das Studium, wie Koloniegröße wirkt sich auf die Muster des Verhaltens und Energie in Ameisenkolonien. Soziale Insekten Kolonien sind ausgezeichnete Studie Organismen, weil trotz des Fehlens entweder physikalische Verbindungen zwischen Einzelpersonen oder jede Art von zentrale Steuerung, die ganze Kolonie beeindruckende Leistungen der Organisation einschließlich der Arbeitsteilung, umfangreiche Futtersuche Netzwerke und aufwendige Nest Architektur aufweisen kann. Für ihr Studium Gewässer und Holbrook konzentrieren hauptsächlich auf die California Saatgut-Erntemaschine Ameise, Pogonomyrmex Californicus. Königinnen dieser Art können im Anschluss an die Ameisen jährlichen Paarung Flüge gesammelt und brachte zurück ins Labor um neue Kolonien zu starten. Innerhalb von einem Monat oder zwei entwickeln Eiablage durch die Königinnen sich Larven, Puppen und Erwachsene Arbeitnehmer. Im Laufe eines Jahres können der Kolonien zu einem möglichst großen als 1.000 Ameisen in der Größe wachsen.

Eine Frage, die James Waters interessiert ist ob Kolonien werden effizienter, da sie größer werden. Der erste Schritt in das herauszufinden war, die Anforderungen an die Stromversorgung der Kolonien in Abhängigkeit von ihrer Größe zu schätzen. Eine Möglichkeit des Tieres zu denken ist wie ein Motor, der als Brennstoff für alle Lebensvorgänge von Fortbewegung, Kommunikation macht Sauerstoff verbrennt. Wasser verwendet eine Tool namens Respirometrie, messen die Menge an Sauerstoff, die durch ganze Kolonien verbraucht zu werden, wie sie in speziellen Kammern atmeten. Während größere Kolonien offensichtlich insgesamt mehr Energie im Vergleich zu kleineren Kolonien benötigt als Kolonien wurde sie überraschend benötigt weniger Energie pro Ameise. Wenn Gruppen von Ameisen aus ihren Kolonien genommen wurden, jedoch benötigt sie alle die gleiche relative Menge an Energie. Diese Muster deuten darauf hin, dass es etwas Besonderes in der Umgebung der Kolonie, die Energienutzung durch einzelne Ameisen regelt, und diese Energie nutzen Änderungen oder Schuppen, mit der Größe der Kolonie.

Die Skalierung des Energieverbrauchs kann Kolonie größenbezogenen Veränderungen im Verhalten zugeordnet werden. Eine wichtige Verhaltensmuster in Kolonien von Ameisen und anderen sozialen Insekten ist die Arbeitsteilung – wenn andere Arbeitnehmer auf verschiedene Aufgaben spezialisiert haben, wie Brutpflege und Nahrungssuche. Tate Holbrook untersucht wie Koloniegröße Arbeitsteilung in p. Californicus beeinflusst. Zunächst malte er sorgfältig Ameisen mit einzigartigen Farbkombinationen, so dass er einzelne Arbeitnehmer in jeder Kolonie erkennen konnte. Er sah dann Kolonien in verschiedenen Größen für viele Stunden Aufnahme welche Ameisen welche Aufträge durchgeführt. Holbrook entdeckt, dass mit zunehmender Koloniegröße Arbeitsteilung tut. In kleineren Kolonien einzelner Arbeitnehmer führen eine Vielzahl von Arbeitsplätzen, sondern in größeren Kolonien Arbeiter neigen dazu, auf bestimmte Aufgaben zu spezialisieren. Es bleibt um zu geprüft werden, ob höhere Arbeitsteilung größere Kolonien effizienter macht.

Die Studien von Gewässern, Holbrook und ihre Kollegen zeigen, dass Kolonien von Saatgut-Erntemaschine Ameisen, und wahrscheinlich noch andere sozialen Insekten als auch mehr als die Summe ihrer Teile. Soziale Interaktionen zwischen den Mitgliedern der Kolonie ergeben sich Kolonie-Ebene Eigenschaften, die variieren je nach Koloniegröße und die Physiologie und das Verhalten von Individuen zu gestalten. Diese Ergebnisse können zu größeren Zusammenhängen, einschließlich der Verordnung von Zellen innerhalb von Organismen und die Organisation der Einzelpersonen innerhalb der Gesellschaft verlängern. Diese Studien Frage in der Tat das Wesen dessen, was es bedeutet, ein Individuum zu sein. Wenn die grundlegende Biologie eine einzelne Ameise stark geprägt durch die Zusammensetzung der Kolonie ist, in der es lebt, vielleicht die Ameise ist nicht selbst eine Person so viel wie ein Teil eines Unternehmens auf ein höheres Maß an biologischer Organisation, der Superorganismus.

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.