POLONEZ BIS
Obce rządy: Ujawnienie mechanizmów wykorzystywanych przez inwazyjne mrówki do adaptacji do aktualnych i przyszłych warunków środowiskowych
Akronim: Alien rule
Główny badacz: Iago Sanmartín-Villar
Mentor: Magdalena Witek
PhD Student: Srikrishna Narasimhan
Współpraca: Sara Arganda-Carreras
Badania realizowane w ramach projektu nr 2021/43/P/NZ8/03306
współfinansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki oraz programu
ramowego Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji Horyzont 2020 na
podstawie umowy nr 945339 w ramach działań „Marie Skłodowska-Curie”.
Streszczenie
Wprowadzanie gatunków obcych do nowych siedlisk jest jednym z głównych problemów ekonomicznych i ekologicznych związanych ze zmianami środowiska, które powodują zmniejszanie bioróżnorodności i ekspozycje na egzotyczne choroby. Żadna z introdukcji nie zmieniła ewolucji tak bardzo, jak wprowadzenie inwazyjnych gatunków mrówek. Mrówka argentyńskie (Linepithema humile; Figura 1) przeszła nowe i wyjątkowe zjawisko ewolucyjne, kiedy została wprowadzona na nowe obszary: mrówki te straciły konkurencję między poszczególnymi koloniami.
Figura 1. Robotnica i królowa mrówki argentyńskiej (Linepithema humile). Większy rozmiar ciała królowej to przede wszystkim zwiększone mieśnie tułowia i jajniki.
W ten sposób powstała współpraca między rozległymi sieciami połączonych superkolonii (6000 km w Europie Południowej; Figura 2).
Figura 2. Rozmieszczenie Linepithema humile i zróżnicowanie genetyczno-behawioralne w Europie Południowej. Żółte kropki: główna superkolonia (około 6000 km połączonych gniazd; Giraud et al. 2002, PNAS). Zielona kropka: skupiska galijskie (Samartín-Villar et al. 2022, NeoBiota). Czerwone kropki: Superkolonia katalońska (Giraud et al. 2002, PNAS). Niebieskie kropki: Superkolonia korsykańska (Blight et al. 2010, Biol Invasions). Mrówki z różnych superkolonii atakują siebie nawzajem, ale nie mrówki z różnych gniazd w tej samej superkolonii.
Adaptacji gatunków inwazyjnych sprzyja często ich plastyczność behawioralna i poznawcza, czyli to, jak osobniki dostosowują swoje umiejętności behawioralne do nowych warunków środowiskowych (Figura 3).
Figura 3. Robotnica Linepithema humile pobierająca wydzielinę mszyc. Mrówki chronią mszyce przed ich naturalnymi drapieżnikami, ale tym samym zwiększają ekonomiczne i ekologiczne szkody wywoływane obecnością mszyc.
Umiejętności te są kosztowne, ponieważ wymagają inwestowania zasobów w mózg zamiast w inne cechy, takie jak reprodukcja, układ odpornościowy czy przeżywalność. Zaproponowano jednak, że plastyczność behawioralna może być oparta na informacji społecznej, a nie na cechach indywidualnych. Oznacza to, że kolonie mrówek mogą zmniejszać koszt umiejętności behawioralnych poprzez poprawę komunikacji pomiędzy poszczególnymi członkami. Ustalenie, czy źródło plastyczności pochodzi z poziomu indywidualnego (mózg-poznanie) czy zbiorowego (przekazywanie informacji społecznych) powinno być priorytetem dla zrozumienia potencjału inwazyjnego u owadów społecznych. Na inwazyjność mogą wpływać także przewidywane zmiany środowiskowe, tzn. gatunki muszą się przystosować do nowych obszarów, ale także do nowych zmian na tych obszarach. U mrówek wykryto łącznie 87 wirusów, z których część może być przenoszona na inne gatunki, np. pszczoły miodne. Zarówno zachowanie jak i potencjał infekcyjny są uwarunkowane temperaturą. Rozdzielenie tego, jak infekcja wirusem i wahania temperatury wpływają na plastyczność mózgowo-behawioralną, pomogłoby zrozumieć, jak w najbliższej przyszłości może to wpłynąć na inwazyjność superkolonii mrówki argentyńskiej. Główną cechą wspólną wszystkich rozległych superkolonii mrówek jest ich translokacja, adaptacja i inwazyjność. Sugeruje to, że nowa współpraca między koloniami, system organizacyjny, który przekroczył znane dotychczas granice, stanowi udany proces ewolucyjny w warunkach ekstremalnych zmian środowiskowych. Obecne zmiany środowiskowe prowadzą do wymierania rodzimych gatunków, przy równoczesnym wzmacnianiu sukcesu wprowadzonych superkolonii mrówek. Zrozumienie, w jaki sposób superkolonie radzą sobie z nowymi problemami i presją, wydaje się stanowić główny klucz do rozszyfrowania ich ewolucyjnego powstania i inwazyjności. Dlatego w naszym projekcie proponujemy przeanalizować, czy:
(1) indywidualna plastyczność zachowań i zdolności uczenia się zależą od złożoności mózgu, co świadczyłoby o kompromisie w inwestycjach indywidualnych u osobników należących do superkolonii (Figura 4);
Figura 4. Robotnice Linepithema humile wystawione na działanie labiryntu w celu zmierzenia ich zmienności decyzyjnej i behawioralnej.
(2) plastyczność zależy od indywidualnych zdolności poszczególnych robotnic czy raczej od komunikacji społecznej (Figura 5); oraz
Figura 5. Zestaw laboratoryjny służący do obserwacji furażowania (żerowania) u mrówek L. humile.
(3) wpływ stresorów środowiskowych (Figura 6), takich jak wahania temperatury i infekcje wirusowe, modyfikują indywidualna plastyczność behawioralną u inwazyjnych i rodzimych gatunków mrówek (Figura 7).
Figura 6. Eksperymentalne gniazda mrówek trzymane w warunkach laboratoryjnych.
Figura 7. Gniazdo z dorosłymi i larwami europejskiego gatunku rodzimego, Tapinoma nigerrimum, o podobnej organizacji społecznej jak L. humile.
Spodziewamy się, że (1) osobniki z wysoko rozwiniętymi strukturami mózgu wykazują wyższą plastyczność behawioralną i odnoszą więcej sukcesów w testach behawioralnych; (2) mrówki argentyńskie wykazują niższą efektywność w rozwiązywaniu nowych problemów na poziomie indywidualnym niż rodzime gatunki mrówek, ale mają lepiej rozwinięte zdolności komunikacji społecznej polegającej na współpracy między osobnikami; (3) gorszego wyniku w indywidualnym rozwiązywaniu problemów, obserwowanego jako niższy sukces w testach behawioralnych u osobników wystawionych na działanie zmiennych temperatur i tych zakażonych wirusem; (4) synergicznego efektu temperatury i zakażenia wirusem; (5) rodzime gatunki mrówek wykazujące niższy sukces w testach behawioralnych i większe zmiany zachowań, gdy są wystawione na działanie zmiennych temperatur i wirusa, niż osobniki gatunków inwazyjnych.
Lokalizacja
Muzeum i Instytut Zoologii w Warszawie, Polska Akademia Nauk
Grupa Owadów Społecznych i Myrmekofilnych
Grupa kierowana przez Magdalenę Witek składa się z profesora zwyczajnego (Wojciech Czechowski), czterech badaczy z tytułem doktora (Gema Trigos-Peral, Piotr Ślipiński, Istvan Maak, Iago Sanmartín-Villar) oraz dwóch doktorantów (Daniel Sánchez-García, Srikrishna Narasimhan). Badania grupy dotyczą zmienności w zachowaniu mrówek, interakcji międzygatunkowych obejmujących głównie mrówki i owady myrmekofilne, interakcji mrówki-rośliny, wpływu patogenów mrówek oraz wpływu efektu urbanizacji na cechy historii życia mrówek. W ciągu ostatnich pięciu lat grupa pozyskała siedem projektów z Narodowego Centrum Nauki, w tym poprzedni grant Polonez 3 (kierownik: Luca Casacci). Grupa posiada szeroką sieć współpracy międzynarodowej, m.in. z prof. Jurgen Heinze z Uniwersytetu w Ratyzbonie oraz prof. Patrizia d’Ettorre z Uniwersytetu Paryskiego 13.
Kontakt
Muzeum i Instytut Zoologii, PAN
ul. Wilcza 64, Warszawa
00-679, Polska
Iago Sanmartín-Villar: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
BHL-Europe
BHL-Europe - The Biodiversity Heritage Library for Europe.
BHL-Europe jest trzyletnim projektem, skupiającym 28 największych muzeów historii naturalnej, ogrodów botanicznych oraz instytucji towarzyszących.
Biblioteki na świecie, szczególnie te powiązane z muzeami historii naturalnej i ogrodami botanicznymi, posiadają większość opublikowanych zasobów informacji o tematyce bioróżnorodności. Jednakże elektroniczny dostęp do tej wiedzy, jest utrudniony. Głównym celem BHL-Europe, jest ułatwienie dostępu do tych informacji dla ogółu społeczeństwa, poprzez poprawienie współpracy pomiędzy europejskimi bibliotekami cyfrowymi.
Projekt będzie umożliwiać wielojęzyczny dostęp do informacji o bioróżnorodności, poprzez stronę internetową BHL-Europe, dzięki specjalistycznym narzędziom wyszukiwania i pobierania informacji z portalu EUROPEANA.
BHL-Europe jest utworzona w ramach sieci najlepszych praktyk (Best Practice Network), ufundowanej przez Komisję Europejską w ramach programu eContentplus, jako część polityki i2010.
Projekt BHL (BHL), który miał swoją premierę w 2007 roku w USA, jest zaadresowany na sprostanie powyższym zagrożeniom. W maju 2009 roku został uruchomiony ambitny i innowacyjny projekt europejski ‘Biodiversity Heritage Library for Europe’ (BHL-Europe)’. BHL-Europe jest koordynowany przez Museum für Naturkunde Berlin, Niemcy, i łączy w sobie wysiłek dwudziestu sześciu europejskich i dwóch amerykańskich instytucji. Konsorcjum BHL-Europe, łączy w sobie najważniejsze europejskie muzea historii naturalnej, ogrody botaniczne, biblioteki, uniwersytety, inicjatywy ochrony różnorodności biologicznej oraz firmy informatyczne. Projekt jest finansowany w ramach europejskiego programu eContentplusprzez okres trzydziestu sześciu miesięcy.
Projekt łączy istniejące w Europie cyfrowe kolekcje literatury, o tematyce bioróżnorodności. Umożliwi dostęp do wielojęzykowego portalu, wyposażonego w innowacyjną funkcję wyszukiwania, ułatwiającą szybkie wyszukiwanie wszystkich wymaganych przez użytkownika informacji. Wielojęzyczny interfejs portalu, umożliwi użytkownikom wyszukiwanie w ich rodzimym języku. W uzupełnieniu do portalu, cała literatura będzie dostępna przez European Digital Library – EUROPEANA. Po raz pierwszy, opinia publiczna, naukowcy oraz decydenci, będą mieli nieograniczony dostęp do tego ważnego źródła informacji. Wszyscy będą mieli bezpośredni dostęp, do informacji na temat zwierząt i roślin, będą mogli studiować unikalne, oryginalne prace, tworzone przez ważnych naukowców takich jak Karol Darwin czy Alexander von Humboldt oraz podziwiać opracowania graficzne z XVII-nastego i XVIII-nastego wieku. Organizacje zajmujące się ochroną bioróżnorodności, będą miały narzędzie do zbierania danych na temat rzadkich i zagrożonych gatunków oraz możliwość planowania lepszych strategii ochrony. Jednakże projekt nie jest ukierunkowany na badania i rozwój. Głównym celem projektu jest implementacja istniejących rozwiązań technicznych oraz baz danych w celu wyszukiwania i długoterminowego utrzymania cyfrowych obiektów. BHL-Europe nie jest ukierunkowany na digitalizację, takie działania leżą w ramach kompetencji każdego członka EU. Jakkolwiek projekt może służyć, jako platforma pomocnicza w implementacji programów digitalizacji. Mamy nadzieję, że w ramach BHL-Europe, możemy poprawić (obecną) sytuację w odniesieniu do finansowania procesu digitalizacji w ramach EU.
Dlaczego potrzebujemy BHL-Europe?
Większość literatury publikowanej przed laty jest trudna do zdobycia lub ma ograniczony światowy kolportaż i jest dostępna jedynie w wybranych bibliotekach. Z perspektywy naukowców, te kolekcje mają unikalną wartość, ze względu na to, że systematyka – bardziej niż inne dziedziny nauk naturalnych – polega na źródłach wiedzy literaturowej. W momencie, kiedy kolekcje biblioteczne, będą dostępne nieodpłatnie w internecie, znacząco uprości to pracę naukową i dostęp pozanaukowy.
Na jakie cele jest ukierunkowany program BHL-Europe?
Program BHL-Europe, jest ukierunkowany na łączenie istniejących europejskich zasobów cyfrowych w celu ułatwienia darmowego dostępu, dla opinii publicznej i naukowców, poprzez unikalny portal sieciowy oraz Europeana. Żadne pojedyncze muzeum historii naturalnej, czy ogród botaniczny, nie ma w swoich zasobach pełnej spuścizny literaturowej. Dlatego, BHL-Europe jest federacją wielu instytucji, w której również Twoja instytucja, może brać udział.
Jakie są korzyści z bycia uczestnikiem BHL-Europe?
- BHL-Europe zwiększa widoczność Twoich zasobów, przez to powiększając zauważalność instytucji.
- BHL-Europe zapewnia zrównoważoną ochronę oraz archiwizację danych, ułatwiając kuratelę i wymianę danych. Z tego względu BHL-Europe zapewnia długotrwałą ochronę danych, uzyskanych w programach digitalizacji danych o bioróżnorodności.
- BHL-Europe umożliwia wielojęzyczny dostęp do Twoich zasobów, przez to zaoszczędzając Ci kosztów tworzenia portalu w wielu językach.
- BHL-Europe wzbogaca Twoje zasoby o informacje pomocne w indeksowaniu zawartości, to uławia ponowne korzystanie z tych zasobów przez innych uczestników programu
- BHL-Europe umożliwia dostęp do bieżących, ważnych i rentownych zasobów informacji oraz sieci współpracowników w celu wybrania najlepszej strategii.
- BHL-Europe zapewnia narzędzia i technologie umożliwiające rentowne przechowywanie cyfrowych zbiorów oraz zarządzanie procesem digitalizacji.
- BHL-Europe pomaga w stworzeniu – dobrej jakości – plików OCR, ze skanowanych obrazów w celu dalszej analizy danych i wzbogacania w metadane.
- BHL-Europe umożliwia dostęp do Narzędzi Taksonomicznych, ułatwiających wyszukiwanie informacji o określonym taksonie.
- Działalność propagacyjna BHL-Europe umożliwi dostęp dużej liczbie odbiorców, zwiększając użycie Twoich danych. Przez to BHL-Europe daje możliwość efektywnego zwielokrotnienia wpływu Twojej działalności edytorskiej i budowania zaufania z użytkownikami, profesjonalistami i organizacjami wliczając w to instytucje o charakterze narodowym.
- Cała biblioteka BHL-Europe jest również dostępna przez sieć Europeana – platformę wyszukiwania poprzez europejskie kolekcje cyfrowe. To zwiększy widoczność zawartości danych BHL-Europe i przez to, przełoży się na zauważalność Twoich informacji. Jeśli Twoje zasoby, zostaną wzbogacone o metadane przez Europeana, te informacje będą również, wykorzystane przez BHL-Europe. BHL-Europe korzysta z wiedzy i doświadczenia, budowania sieci Europeana, przez to zwiększając dostęp do najbardziej aktualnych osiągnięć techniki. Zrównoważony rozwój sieci Europeana będzie również służył stabilności sieci BHL-Europe.
EDIT
EDIT - Network of Excellence
Toward the European Distributed Institute of Taxonomy (VI Program Ramowy Badań i Rozwoju Technicznego Unii Europejskiej).
Celem programu EDIT (2006-2011) jest integracja i harmonizowanie wiedzy specjalistów, strategii badań naukowych, infrastruktury badawczej, bazy danych zbiorów, oraz popieranie edukacji nowej generacji taksonomów. Efektem tych działań jest bardziej efektywne przekazywanie i zastosowanie wiedzy taksonomicznej, na przykład w ochronie przyrody i rolnictwie.
EDIT łączy wszystkie najważniejsze w Europie instytucje, zajmujące się taksonomią i systematyką, które z powodów historycznych rozwijały się niezależnie od siebie. Przyłączenie do tego znaczących w taksonomii ośrodków z Ameryki Północnej oraz z Rosji utworzy ogólnoświatową sieć instytucji naukowych gdzie wiedza taksonomiczna jest traktowana priorytetowo. Tak skonstruowane konsorcjum zjednoczy najważniejsze placówki opierające swoją działalność w głównej mierze na kolekcjach historii naturalnej, które uczestnicząc w programie EDIT będą rozwijać wspólne cele.
Muzeum i Instytut Zoologii PAN współuczestniczył w programie testowania użyteczności istniejących narzędzi analitycznych na wybranych zasobach danych o różnorodności biologicznej. Pracownicy Instytutu zbadali możliwości nowej metody wykorzystującej strukturę DNA (tzw. High Resolution Melting PCR) do szybkiej identyfikacji gatunkowej much z rodziny plujkowatych (Calliphoridae), z których 16 gatunków ma ogromne znaczenie w medycynie sądowej (praca w recenzji w International Journal of Legal Medicine). Okazało się, że HRM PCR to szybka , tania i skuteczna metoda w oznaczaniu gatunków plujkowatych bez względu na stadium rozwoju.
W ramach EDIT, Muzeum i Instytut Zoologii PAN wykonywał prace mające na celu udoskonalania platformy wykorzystującej GIS, której celem jest dostarczenie narzędzi do generowania wysokiej jakości map, umożliwiających badanie zależności przestrzennych rozpatrywanych gatunków.
W zadaniu 5.4 programu, Instytut aktywnie uczestniczył w tworzeniu sieci europejskich instytucji naukowych gromadzących dane dotyczące różnorodności biologicznej. Stworzona sieć ma umożliwić łatwiejszy dostęp do istniejących zasobów wiedzy i kolekcji muzealnych.
W ramach EDIT, MiIZ PAN dokonuje testowania funkcjonalności programu mapViewer (analiza i wybór odpowiednich odwzorowań kartograficznych do mapViewer):
- procedury wprowadzania i weryfikacji danych wejściowych,
- procedury zarządzania i przetwarzania w obrębie bazy danych (system zarządzania bazą danych),
- procedury przetwarzania i analizy danych geograficznych,
- procedury wyjściowe: prezentacji graficznej, kartograficznej i tekstowej danych,
- procedury komunikacji z użytkownikiem.
CETAF
CETAF - Consortium of European Taxonomic Facilities
CETAF jest sieciowym konsorcjum instytucji naukowych w Europie, utworzony w celu promowania, kształcenia, badania i zrozumienia biologii i systematycznej paleobiologii jako całości.
Instytucje zrzeszone w Cetaf posiadają znaczne zbiory zoologiczne i zapewniają dostęp do tych zasobów szerokiemu gronu
naukowców różnych dyscyplin naukowych.
CETAF pełni rolę forum wymiany informacji i polityki, działania w kierunku skoordynowanego działania. Cele współpracy obejmują następujące obszary:
- Digitalizacja zbiorów i towarzyszące mu informacje, zgodnie z ustalonymi priorytetami.
- Rozwój usług informacyjnych dla celów naukowych, handlowych i użyteczności publicznej.
- Promocja szkoleń dla systematyków zarówno na poziomie akademickim i na poziomie technicznym.
- Poprawa ochrony zbiorów.
- Poprawa dostępu do zbiorów dla wizytujących naukowców i innych pracowników poprzez wprowadzenie wspólnych procedur.
- Koordynacja polityki naukowej i innych inicjatyw, które będą korzystać ze wspólnego rozwiązań.
