Het brein van een mier verandert wanneer ze de rol van koningin op zich neemt. En één opvallend molecuul ligt aan die transformatie ten grondslag.

Hoewel de meeste mieren of als werkster, of als koningin worden geboren, is dat bij de mierensoort Harpegnathos saltator anders. Wanneer de koningin sterft, vechten de werksters onderling uit wie haar zeer begeerde plaats mag innemen. De winnende mier ondergaat vervolgens neurale veranderingen waardoor ze geen werksters-gedrag, maar koninginnen-gedrag gaat vertonen. En nu hebben onderzoekers in een nieuwe studie ontdekt wat deze complexe sociale overgang precies orkestreert.

Plastisch
Kort gezegd komt het erop neer dat het brein van de mier verandert wanneer ze de rol van koningin op zich neemt. Hoe dat kan? “Dierenhersenen zijn plastisch,” zegt onderzoeker Roberto Bonasio. “Dit betekent dat de structuur en functie kunnen veranderen als reactie op de omgeving. Dit proces vindt overigens ook in het menselijk brein plaats – denk aan de gedragsveranderingen terwijl je opgroeit. Het is een cruciaal onderdeel om te overleven. Maar de moleculaire mechanismen die het reguleren, worden nog niet volledig begrepen.”

Mieren
In een mierenkolonie zoeken de werksters naar voedsel en jagen indringers weg, terwijl de belangrijkste taak van de koningin is om eitjes te leggen. De grote vraag is echter wat er precies voor zorgt dat een Harpegnathos saltator-werkster haar taken neerlegt en zich begint voort te planten. De onderzoekers wilden in hun studie beter gaan begrijpen hoe het ‘aan-’ en ‘uitzetten’ van bepaalde genen de hersenfunctie en het gedrag beïnvloedt.

Neuronen
Om de onderliggende moleculaire ontwikkelingen die een dergelijke transformatie veroorzaken te bestuderen, ontwikkelden de onderzoekers een methode om neuronen van de mieren te isoleren en ze in schaaltjes in het laboratorium in leven te houden. Hierdoor kon het team onderzoeken hoe de cellen reageren op verschillende nagebootste omstandigheden. Het leidt tot een opmerkelijke conclusie. Want uit het onderzoek blijk dat slechts één enkel molecuul bepaalt of een mier werkster-gedrag, of koninginnen-gedrag vertoont.

Krüppel-homoloog 1
Het molecuul dat hiervoor verantwoordelijk is, heet Krüppel-homoloog 1, ofwel Kr-h1. Dit eiwit reageert op sociale hormonen en reguleert vervolgens de complexe overgang van werkster naar koningin. Kr-h1 is dus een soort lichtschakelaar. Het bepaalt of een mier zich als werkster, of als koningin gedraagt, afhankelijk van of de lichtschakelaar aan of uit staat. “Het eiwit reguleert verschillende genen en voorkomt dat de mieren ‘sociaal ongepast’ gedrag vertonen,” legt onderzoeker Shelley Berger uit. “Dat betekent dat Kr-h1 nodig is om de grenzen tussen sociale kasten te handhaven en ervoor te zorgen dat werksters blijven werken terwijl getransformeerde mieren zich als koninginnen gaan gedragen.”

Onverwacht
Dat hier echter maar één molecuul verantwoordelijk voor is, is overigens best verrassend. “We hadden niet verwacht dat hetzelfde eiwit verschillende genen in de hersenen van verschillende kasten tot zwijgen kan brengen,” zegt Bonasio. Het sust namelijk het werkster-gedrag in koninginnen, terwijl het tegelijkertijd het koninginnen-gedrag in de werksters onderdrukt. “Eerder dachten we dat dit werd veroorzaakt door verschillende factoren die elk alleen in het ene of in het andere brein aanwezig zouden zijn.”

Schakelen
De bevindingen onthullen hoe het bijzondere vermogen van dierlijke hersenen om over te schakelen van de ene genetische modus en sociale kaste naar de andere, precies in zijn werk gaat. “De belangrijkste boodschap is dat meerdere gedragspatronen tegelijkertijd in het genoom van mieren worden gespecificeerd,” concludeert Berger. “Vervolgens heeft genregulatie een grote impact op welk gedrag dat organisme uitvoert. Met andere woorden, iedereen kan beide rollen spelen, afhankelijk van welke genschakelaars aan- of uitstaan.”

Deze ontdekking heeft mogelijk verstrekkende implicaties. “Het is verleidelijk om te speculeren dat verwante eiwitten vergelijkbare functies kunnen hebben in complexere hersenen, waaronder die van ons,” aldus Bonasio. Hij is van plan om in toekomstige studies de rol van Kr-h1 in andere organismen te onderzoeken. De ontdekking dat één enkele factor verschillende sets genen en gedragingen in verschillende hersenen kan onderdrukken, roept namelijk belangrijke vragen op over hoe de dubbele functie van dit eiwit en andere soortgelijke eiwitten kan worden gereguleerd. Vervolgonderzoek zal dat hopelijk uitwijzen.