Evolution of self-organized division of labor in social insects

Promotie: mw. A. Leitão Fernandes Duarte, 16.15 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Evolution of self-organized division of labor in social insects

Promotor(s): prof.dr. F.J Weissing, prof.dr. I.R. Pen

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Raadsel efficiënte taakverdeling bijen en mieren te lijf met computermodellen

Het is nog steeds grotendeels een raadsel: terwijl de koningin van een bijen- of mierenvolk de eitjes legt, houden haar onderdanen zelfstandig de kolonie draaiende. De zogeheten werksters halen voedsel, zorgen voor de larven, maken het nest schoon en verdedigen het tegen parasieten en indringers. Hoe komen zij, zonder leiding, tot zo'n efficiënte arbeidsverdeling? Ana Fernandes Duarte onderzocht met computermodellen mogelijke mechanismen die leiden tot de taakverdeling en ook welke rol evolutionaire processen daarbij spelen.

Kolonies van sociale insecten (zoals bijen, mieren, wespen of termieten) bestaan vaak uit duizenden individuen die op een zeer efficiënte manier taken verdelen die te maken hebben met koloniegroei en overleving. Hoe een dergelijke efficiënte taakverdeling kan worden gerealiseerd - terwijl een centrale organisatiestructuur ontbreekt - wordt op dit moment slecht begrepen. Eén manier om een dergelijke coördinatie te bereiken is door middel van zelforganisatie, waarbij individuen simpele gedragsregels volgen en alleen reageren op plaatselijke stimuli. In haar promotieonderzoek gebruikt Fernandes Duarte computersimulaties om na te gaan of dergelijke simpele gedragsregels ook daadwerkelijk evolueren.

Een belangrijk resultaat van haar onderzoek is dat, wanneer natuurlijke selectie van kracht is op de totale hoeveelheid uitgevoerd werk, er taakgeneralisten evolueren, zodat ieder individu bereid is om uiteenlopende taken uit voeren. Echter, als het wisselen tussen taken extra kosten met zich meebrengt, dan evolueren verschillende gedragstypen en leggen individuen zich toe op één bepaalde taak (taakspecialisatie).

Een andere conclusie van Fernandes Duarte is dat de neurologische en genetische factoren die ten grondslag liggen aan werkgedrag, belangrijk zijn voor de evolutie van taakverdeling. Wanneer gedrag volledig genetisch bepaald is, dan zal taakverdeling alleen voorkomen in groepen met de juiste combinatie van gedragsgenen. Polygamie kan een grotere genetische diversiteit teweegbrengen, maar dit blijkt - onverwachts - geen positief effect te hebben op de mate van taakverdeling. Maar wanneer ervaring een rol speelt in taakkeuzeprocessen, dan zal taakspecialisatie veel vaker voorkomen.

Dit is een van de eerste studies die zelforganisatie en evolutie met elkaar combineert en evolutionaire veranderingen in de gedragsregels omtrent taakverdeling in kaart brengt. Het werk van Fernandes Duarte laat zien dat zowel mechanistische als evolutionaire aspecten belangrijk zijn om het fenomeen van taakverdeling bij sociale dieren te begrijpen.

Ana Fernandes Duarte (Portugal, 1980) studeerde evolutionaire biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen, waar zij haar promotieonderzoek deed bij de vakgroep Theoretische Biologie van het Centre for Ecological and Evolutionary Studies (CEES). Haar werk behoort tot de onderzoekslijn van Theoretical Biology en de Behavioral Ecology and Self-organization group, omtrent de evolutie en de mechanismes van sociaal gedrag. Inmiddels werkt zij als postdoc aan de University of Cambridge, UK.