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神经递质多巴胺使收割机蚂蚁更具生产力

红色收割机蚂蚁(Pogonomyrmex barbatus)的殖民地在沙漠中搜寻提供食物和水的种子。觅食者在沙漠太阳下面会失水,干燥条件下的水分流失率更高。为了控制食物积累和水分流失之间的权衡,菌落调整觅食活动以适应环境条件的变化,特别是湿度。在一项新的研究中,斯坦福大学的研究人员丹尼尔弗里德曼和他的合着者研究了殖民地如何调节集体觅食行为的神经生理学基础。

神经递质多巴胺使收割机蚂蚁更具生产力

“蚁群的行为几乎就像一个多细胞生物; 殖民地是进化单位,“弗里德曼说。

“我们想看看殖民地之间的集体行为差异是否与个体觅食脑化学的差异有关。”

首先,来自斯坦福大学,弗吉尼亚大学,加利福尼亚大学,洛杉矶大学和圣地亚哥大学的弗里德曼和他的同事收集了亚利桑那州沙漠中六个以前研究过的红色收割机蚂蚁群的觅食者。

一半的殖民地经常在干燥的天气里觅食,而其他的则在干燥的日子里将觅食者留在家中。

当研究人员通过RNA测序解剖觅食者的大脑并测量基因表达时,他们发现两组之间在与神经递质信号传导和代谢相关的基因表达方面存在差异。

看到这些结果,他们想知道操纵称为多巴胺的神经递质的大脑水平是否会影响野外的觅食行为。

该团队决定在亚利桑那州研究一组新的9个殖民地。

对于这些菌落中的每一个,科学家用多巴胺处理了一些巢友,一些用对照溶液处理。他们用油漆对蚂蚁进行颜色编码。

在给药后的第二天,他们观察到多巴胺治疗的蚂蚁比他们的对照治疗的巢友进行更多的觅食行程。

他们还发现受多巴胺影响的菌落似乎自然对湿度更敏感,在更闷热的日子里觅食更多,在干燥的日子里待在家里。

为了验证他们的结果,研究作者重复了实验,但添加了一组用3-碘酪氨酸治疗,这是一种抑制多巴胺的化学物质。

他们看到了相反的效果:多巴胺合成的抑制剂导致处理过的蚂蚁减少饲料。

“觅食脑多巴胺的增加似乎增加了个体蚂蚁的觅食。这支持了这样一种观点,即巢穴之间的行为差​​异可能与大脑多巴胺水平的差异有关,“弗里德曼说。

“我们知道觅食者所承担的个人风险与殖民地的集体决策有关,但在那里学习还有很多。”

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