Kan deze mier ons leren wat samenleven is?

Biologen in New York onderzoeken een kolonie mieren alsof het een orgaan is, met specifieke taken op specifieke momenten. Het onderzoek leert veel over hoe samenlevingen met veel leden werken.

De mieren in het onderzoek krijgen een voor een signaalkleur aangebracht.Beeld HH / Béatrice de Gea

In New York probeert een team biologen een mierenkolonie te ontrafelen alsof het een orgaan is. Ze komen er zo achter dat de dieren zelfs een soort immuunsysteem blijken te hebben tegen dwarsliggers.

Daniel Kronauer van de Rockefeller Universiteit is het soort bioloog dat graag tegels licht. Letterlijk. Bevlogen als hij is over mieren en andere insecten, keert hij nog geregeld stenen om, vertelt hij: 'Gewoon om even te zien wat eronder rondkruipt.'

In een laboratorium op de vierde verdieping in Manhattan onderzoeken hij en zijn collega's de biologie, genetica, neurologie en het gedrag van een specifieke mierensoort tot in ongekend detail. Met de hand hebben de onderzoekers duizenden roofmieren van de soort Cerapachys biroi beschilderd met heldere stippen roze, blauwe, rode en signaalgroene verf, zodat computers de bewegingen van de mieren 24 uur per dag nauwgezet kunnen volgen. Het dna van de mieren hebben ze genetisch gemodificeerd, wat ze volgens Kronauer 's werelds eerste transgene mieren maakt.

'We willen fundamenteel begrijpen hoe een complex biologisch systeem werkt', zegt Kronauer, geboren en getogen in Duitsland. Mieren in een kolonie ziet hij als cellen van een meercellig organisme, of als neuronen in een brein: hun lotsbestemming is verbonden, hun werkzaamheden worden gesynchroniseerd, gezamenlijk bezitten ze een emergente kracht om rekening mee te houden. 'Maar een mierenkolonie kun je manipuleren, op manieren waarop het met bijvoorbeeld een brein niet makkelijk lukt', zegt Kronauer. 'Je kunt hem als het ware uit elkaar halen en weer in elkaar zetten.'

De onderzoekers hopen dat de gekloonde roofmier ooit uitgroeit tot modelorganisme, te vergelijken met laboratoriumwerkpaarden als de fruitvlieg Drosophila. Maar terwijl de fruitvlieg van onschatbare waarde is voor fundamenteel onderzoek naar hoe genen werken of lichamen ontstaan, bieden Kronauers mieren juist de kans om onder gecontroleerde omstandigheden te verkennen hoe dierensamenlevingen ontstaan en evolueren.

'Zijn systeem is zeer veelbelovend', zegt Corina Tarnita, bioloog aan de Princeton-universiteit, die veel onderzoek doet naar termieten. 'Hiermee kun je op zoek naar de bouwstenen die de natuur keer op keer heeft gebruikt om samenlevingen voort te brengen - of je het nu hebt over mieren, slijmzwammen, bavianen of zelfs menselijke gemeenschappen.'

Hormoondosis

Nu ze een jaar of vijf bezig zijn, hebben de onderzoekers in Kronauers lab handigheid gekregen in het omgaan met hun onderzoeksobject. Voor een van de experimenten plukt Vikram Chandra, een student, met een pincetje mieren een voor een uit een schoteltje en geeft die door aan onderzoeksassistent Amelia Ritger. Die kijkt door een microscoop, injecteert een dosis hormoon in het lichaam van elk miertje en geeft de pincet terug aan Chandra. 'Zo doen we er de komende uren nog een paar honderd', zegt Ritger.

Kronauer deed jarenlang veldwerk met mieren in Arizona en Costa Rica. Maar hoezeer hij ook van veldwerk houdt, Kroanuer wilde dieper graven, mieren meenemen naar het lab, hun dna bestuderen en veranderen - het hele fruitvliegmenu. Toen stuitte hij op drie onderzoeksartikelen over de obscure Cerapachys biroi en wist hij dat hij zijn proefmier had gevonden.

Beeld epa

Afgezien nog van de hoge voortplantingssnelheid lijkt deze roofmier namelijk haast gemaakt voor het experiment. De mieren kennen geen permanente werkers en koninginnen; in plaats daarvan schakelen alle mieren heen en weer tussen de ene rol en de andere. Ongeveer de helft van de tijd gedragen ze zich als werkers en verzamelen ze voedsel voor de jongen, doorgaans door andere mierennesten te plunderen. De rest van de tijd gaan ze in de koninginnestand en leggen eitjes.

Er bestaan geen mannetjesroofmieren: hun eitjes ontwikkelen zich via zogenoemde parthenogenese, zonder sperma, zodat horden genetisch identieke vrouwtjesklonen ontstaan. Die ongebruikelijke mix van genetische gelijkvormigheid en compleet veranderend gedrag maakt ze een prachtige proeftuin voor onderzoek.

Bij het bestuderen van de genetica van de mier ontdekten de wetenschappers dat één klasse van geurreceptorgenen 'enorm was uitgedijd', zegt Kronauer. Vervolgens gebruikten ze genetische technieken om de bewuste categorie genen bij sommige mieren uit te schakelen - en de resultaten waren schokkend.

De zo bewerkte mieren hadden geen moeite om voedsel op te sporen. Sterker nog, zegt Kronauer, 'ze eten veel meer dan andere mieren.' Maar met hun honger naar sociaal contact was het heel anders gesteld. Terwijl gewone roofmieren telkens als het maar even kan tegen elkaar aankruipen, vermijden de knockout-mieren de massa. In plaats daarvan lopen ze dagenlang in hun eentje rond. Dat doet vermoeden dat de specialisatie van de geurreceptoren de sleutel vormt tot de ontwikkeling van sociaal gedrag.

Ook verkende Kronauer de biochemie van zorggedrag: welke signalen zetten de mieren ertoe aan om hun nest te verlaten en op zoek te gaan naar voedsel voor hun nageslacht? De voorlopige resultaten tonen aan dat pasgeboren larven vluchtige feromonen afscheiden die de hersentjes van de volwassen mieren ertoe aanzetten het hormoon inotocine te produceren. Dat is de mierenversie van oxytocine, beroemd vanwege zijn rol in het aanwakkeren van zorggedrag bij zoogdieren. Bij de roofmieren wekt die inotocinevloed de neiging op om erop uit te trekken en te gaan plunderen, zegt Kronauer.

Tijdschema

Sommige mieren daarentegen negeren de gemeenschapszin helemaal - en ze betalen een hoge prijs. In vakblad Current Biology beschrijven Kronauer en zijn collega's de precisie waarmee een kolonie roofmieren haar tijdsschema synchroniseert: nu legt iedereen eieren, nu komen de larven uit, nu gaan de volwassenen op pad om voor hun hongerige jongeren te zorgen.

Maar af en toe gebeurt het dat de eileiders van een mier actief blijven terwijl ze gesloten moeten zijn. Andere mieren kunnen die illegale activiteit detecteren aan de hand van typerende koolwaterstofverbindingen op de huid van de overtreder. Al snel komen dan politiemieren af op het illegaal eitjes leggende individu, sleuren haar uit het nest, houden haar vast en trekken haar aan stukken, in een executie die uren of dagen kan duren.

Waarom het zo belangrijk is zo'n mier te doden? Kronauer vergelijkt de opstandige mier met een kankergezwel - en de politiemieren met het immuunsysteem van het lichaam. 'Een mierenkolonie heeft te maken met dezelfde soort problemen als een meercellig organisme', zegt hij. 'Je kunt er geen elementen bij hebben die niet gehoorzamen en die zich ongecontroleerd gaan vermenigvuldigen.'

Als de mierenpolitie aanklopt, is er geen tegel groot genoeg om je onder te verstoppen.

© The New York Times

vertaling: Maarten Keulemans

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden