Niedawne badanie pokazuje, jak mrówki stolarskie z Florydy wykonują wyrafinowane zabiegi chirurgiczne, w tym oczyszczanie ran i amputację, aby pomóc rannym współlokatorom. To wyjątkowe zachowanie, które różni się w zależności od rodzaju urazu, podkreśla zaawansowane systemy medyczne u gatunków innych niż ludzie, wykazując wskaźniki przeżycia znacznie wyższe niż w przypadku nieleczonych urazów. Źródło: Danny Buffat
Badania na mrówkach stolarskich z Florydy wykazały, że stosują one zaawansowane techniki medyczne, takie jak amputacja i oczyszczanie ran w zależności od rodzaju urazu, co znacznie zwiększa przeżywalność w porównaniu z nieleczonymi przypadkami.
Nowe badanie opublikowane w Aktualna biologia pokazuje, że nie tylko ludzie ratują życie dzięki operacjom. Naukowcy wykazali, jak mrówki stolarskie z Florydy są pospolite, brązowe gatunek pochodzący od swojego imiennika, selektywnie leczy zranione kończyny innych współtowarzyszy gniazda — albo poprzez oczyszczanie ran, albo amputację. Podczas eksperymentalnego testowania skuteczności tych „leczeń” nie tylko pomogły one w powrocie do zdrowia, ale zespół badawczy odkrył, że wybór opieki przez mrówki odpowiadał rodzajowi doznanego urazu.
Pierwszy autor Erik Frank, ekolog behawioralny z Uniwersytetu w Würzburgu, powiedział: „Kiedy mówimy o zachowaniu związanym z amputacją, jest to dosłownie jedyny przypadek, w którym wyrafinowana i systematyczna amputacja osobnika przez innego przedstawiciela jego gatunku ma miejsce w Królestwo zwierząt.”
Zrozumienie leczenia ran u mrówek
Opatrywanie ran wśród mrówek nie jest zjawiskiem całkowicie nowym. A badanie opublikowany w 2023 r. odkrył, że inna grupa mrówek, Analiza megaponery, użyj specjalnego gruczołu, aby zaszczepić rany związkami przeciwdrobnoustrojowymi, które mają stłumić możliwe infekcje. Co sprawia, że mrówki stolarskie z Florydy (Camponotus floridanus) wyróżniają się tym, że ponieważ nie mają takiego gruczołu, wydaje się, że do leczenia swoich współtowarzyszy używają wyłącznie środków mechanicznych.
Naukowcy odkryli, że pielęgnacja mechaniczna obejmuje jedną z dwóch metod. Mrówki albo oczyszczały rany za pomocą samych aparatów gębowych, albo wykonywały czyszczenie, po którym następowała całkowita amputacja nogi. Aby wybrać drogę, którą podążają, mrówki wydają się oceniać rodzaj urazu, aby w oparciu o wiedzę podjąć decyzję o najlepszym sposobie leczenia.
Szczegółowa analiza leczenia urazów
W tym badaniu przeanalizowano dwa rodzaje urazów nóg: rany szarpane kości udowej i kości piszczelowej przypominającej kostkę. Wszystkim urazom kości udowej towarzyszyło wstępne oczyszczenie rany przez współlokatora, a następnie całkowite przeżucie nogi. Natomiast urazy kości piszczelowej otrzymały jedynie czyszczenie jamy ustnej. W obu przypadkach interwencja spowodowała, że mrówki z ranami zakażonymi eksperymentalnie miały znacznie większy wskaźnik przeżywalności.
„W przypadku urazów kości udowej, w przypadku których zawsze amputowano nogę, skuteczność wynosiła około 90–95%. A w przypadku kości piszczelowej, której nie amputowano, wskaźnik przeżycia nadal wynosił około 75%” – mówi Frank. Kontrastuje to z odsetkiem przeżycia wynoszącym odpowiednio mniej niż 40% i 15% w przypadku pozostawionych bez opieki zakażonych otarć kości udowej i kości piszczelowej.
Konsekwencje różnych lokalizacji urazów
Naukowcy postawili hipotezę, że preferowana ścieżka leczenia rany może być powiązana z ryzykiem zakażenia rany. Mikrotomografia komputerowa kości udowej wykazała, że składa się ona głównie z tkanki mięśniowej, co sugeruje, że odgrywa ona funkcjonalną rolę w pompowaniu krwi, zwanej hemolimfą, z nogi do głównego ciała. W przypadku urazu kości udowej mięśnie ulegają uszkodzeniu, co zmniejsza ich zdolność do krążenia krwi potencjalnie obciążonej bakteriami. Z drugiej strony kość piszczelowa ma niewiele tkanki mięśniowej, a zatem w niewielkim stopniu uczestniczy w krążeniu krwi.
„W przypadku urazów kości piszczelowej przepływ hemolimfy był mniej utrudniony, co oznaczało, że bakterie mogły szybciej przedostać się do organizmu. W przypadku urazów kości udowej tempo krążenia krwi w nodze uległo spowolnieniu” – mówi Frank.
Można zatem spodziewać się, że jeśli uszkodzenie kości piszczelowej skutkuje szybszymi infekcjami, najodpowiedniejsza będzie amputacja całej nogi, ale obserwuje się odwrotną sytuację. Okazuje się, że prędkość, z jaką mrówki mogą amputować nogę, robi różnicę. Amputacja wspomagana przez mrówki trwa co najmniej 40 minut. Testy eksperymentalne wykazały, że w przypadku urazów kości piszczelowej, jeśli noga nie zostanie natychmiast usunięta po zakażeniu, mrówka nie przeżyje.
„Tak więc, ponieważ mrówki nie są w stanie przeciąć nogi wystarczająco szybko, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się szkodliwych bakterii, starają się ograniczyć prawdopodobieństwo śmiertelnej infekcji, poświęcając więcej czasu na czyszczenie rany kości piszczelowej” – zauważa starszy autor i biolog ewolucyjny Laurent Keller z czasopisma Uniwersytet w Lozannie.
Porównanie z praktykami medycznymi u ludzi
„Fakt, że mrówki są w stanie zdiagnozować ranę, sprawdzić, czy jest zakażona lub sterylna, a następnie odpowiednio ją leczyć przez długi czas przez inne osoby – jedyny system medyczny, który może z nim konkurować, to ludzki” – mówi Frank .
Biorąc pod uwagę wyrafinowany charakter tych zachowań, następną rozsądną myślą byłoby to, w jaki sposób te mrówki są zdolne do tak precyzyjnej opieki. „To naprawdę wrodzone zachowanie” – mówi Keller. „Zachowania mrówek zmieniają się w zależności od wieku osobnika, ale istnieje bardzo niewiele dowodów na to, że się uczą”.
Dalsze badania i implikacje
Teraz zespół laboratoryjny przeprowadza podobne eksperymenty w innym Camponotus gatunków, aby zobaczyć, jak konserwatywne jest to zachowanie, i zacząć się zastanawiać, czy wszystkie gatunki mrówek bez specjalnego gruczołu przeciwbakteryjnego (metapleuralnego) również dokonują amputacji. Ponadto, ponieważ mrówka będąca pod opieką pozwala na powolne usuwanie kończyny, gdy jest przytomna, wymaga to dalszych badań nad naszym rozumieniem bólu w społecznościach mrówek.
„Kiedy patrzysz na filmy, na których mrówka pokazuje zranioną nogę i pozwala drugiej całkowicie dobrowolnie odgryźć, a następnie pokazuje nowo powstałą ranę, aby inna mogła dokończyć proces czyszczenia – ten poziom wrodzonej współpracy jest dla mnie całkiem uderzające” – mówi Frank.
Odniesienie: „Amputacje nóg zależne od ran w celu zwalczania infekcji w społeczeństwie mrówek” autorstwa Erik.T. Frank, Dany Buffat, Joanito Liberti, Lazzat Aibekova, Evan P. Economo i Laurent Keller, 2 lipca 2024 r., Aktualna biologia.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.06.021
Badanie to uzyskało wsparcie szwajcarskiego NSF, ERC i DFG.
