Hogyan modellezhető a hangyák táplálékszabályozása?

A hangyák szociális rovarok, társadalmaikat bonyolult munkamegosztás jellemzi, így esetükben a táplálékszabályozás problémája nem vizsgálható kizárólag egyedek szintjén. A táplálékgyűjtéssel foglalkozó, a hangyakolóniáknak rendszerint mindössze 10-12 százalékát kitevő táplálékkereső dolgozók olyan forrásokat keresnek, amely saját igényeiket és a kolónia szükségleteit egyaránt kielégíti. A hangyaegyedek tápanyagigénye fajonként, egészségi állapottól, életkortól, növekedési szakasztól, kolónián belül betöltött szereptől függően, valamint környezeti és ökológiai meghatározottságok függvényében is eltérő. A táplálékkereső, valamint a lárvákat gondozó dolgozóknak általában inkább szénhidrátokra, míg a lárváknak és a szaporodásban részt vevő egyedeknek inkább fehérjékre van szükségük. A fehérjék és a szénhidrátok mellett a lipidek, vitaminok, ásványi sók is fontos szerepet játszanak a hangyák étrendjében.

A táplálékkeresők az élelmiszer minősége, mennyisége, mozdíthatósága, a hozzáférés kockázatossága és a kolónia éhségszintje szerint döntik el, hogy egy táplálékforrásnak mekkora a jelentősége.

Ha a gyűjtögetők táplálékra lelnek, hazaúton feromonokat hagynak maguk után, hogy később társaik is követhessék a nyomot.

A fészekben dolgozók, a lárvák gondozásáért és a kolónia reprodukcióért felelős tagja(i) egy láncszerű kommunikációs stratégia segítségével „üzenik meg” tápanyagigényeiket a táplálékkeresőknek. Az éhes lárvák például az őket gondozó dolgozóknak jelzik az igényeiket, amit azok továbbadnak a táplálékkeresőknek. A szerzők ugyanakkor egy ezt kiegészítő stratégiát is valószínűsítenek: ha egy táplálékkereső olyan – például magas szénhidrát- és alacsony proteintartalmú – táplálékkal tér vissza a kolóniába, amelyre a fészekbeli társainak épp nincs szüksége, azt fogja tapasztalni, hogy nincs hová letennie, hiszen még az előző szállítmányát sem hordták el ez útból. Ennek hatására a dolgozó megérti, hogy ilyen típusú tápanyagra épp nincs szüksége a fészekbelieknek.

Stephen Simpson és David Raubenheimer 1993-ban dolgozta ki azt a többdimenziós keretmodellt (GF), amely érzékelhetővé tette, hogy az állatoknak miként sikerül kiegyensúlyozniuk tápanyagigényüket a folyton változó környezeti viszonyok közepette. Az integratív modellt Audrey Dussutor, a tanulmány társszerzője és Stephen J. Simpson kezdte szociális rovarokra alkalmazni 2008-ban. A Raubenheimer–Simpson-modell tulajdonképpen egy több tengely mentén kialakított tápanyagtér, ahol minden tengely egy tápanyagtípust jelenít meg. Az állatok nutricionális állapotát egy-egy pont jelöli ebben a térben, amelynek koordinátái aszerint alakulnak, hogy a szervezetében milyen mértékben vannak jelen a tengelyek jelölte tápanyagtípusok. Az állat nutricionális állapota az anyagcsere-folyamatok, a növekedés, a szaporodás függvényében változik. Emellett megjeleníthető az az ideális pont is, amely az adott állat korának, szerepének, növekedési fázisának megfelelő, ideális, elérendő nutricionális állapotot jelöli. E modell segítségével sikerült megérteni többek közt azt, hogy mi történik olyan esetekben, amikor a kolónia számára csak magas szénhidrát- és alacsony proteintartalmú táplálék elérhető, vagy fordítva. Kiderült, hogy általában a hangyák számára a szénhidrát fontosabb, hiszen a megfelelő szénhidrátszintet akár azon az áron is megpróbálják elérni, ha ez a protein túladagolásával jár.

A hosszú távú túlzott proteinbevitel ugyanakkor lerövidíti a hangyák életidejét.

A kiegyensúlyozatlan étrend a hangyák viselkedésére is hatással van, a túlzottan magas szénhidráttartalmú táplálék fogyasztása arra készteti őket, hogy agresszívabban védelmezzék a táplálékforrást, a szénhidrát hiánya ezzel szemben mérsékeli az agressziót és a táplálékkereső aktivitás intenzitását.

A tanulmány szerzői néhány javaslatot is tesznek a modell finomítására. A hangyák kolóniaszintű táplálékgazdálkodását az eddigi kutatások radiojelölt tápanyagok, tömegspektroszkópia, RNS-szekvenálás vagy stabilizotóp-vizsgálatok alkalmazása révén próbálták megérteni. Ezeket az eljárásokat egészíthetné ki a táplálék fluoreszkáló színezékkel való megjelölése, valamint a QR-kódokkal ellátott hangyaegyedek nyomon követése, ami hosszabb periódusban, tágasabb térben egyszerre több tápanyag útját és kolónián belüli megoszlását is vizsgálhatóvá tenné.

A bemutatott keretmodell alkalmazása és fejlesztése számos, az emberi táplálkozással kapcsolatos kérdésre is válasszal szolgálhat. Segítségével megérthetjük, hogy a nem megfelelő arányban fogyasztott fehérje és szénhidrát hogyan befolyásolja az anyagcserénket, milyen mértékben károsítja az immunrendszerünket, és mennyire fokozza a fertőző betegségekre való érzékenységünket.