De evolutie van kaste plasticiteit en kaste dimorfisme in insect samenlevingen

Sociale insecten zijn model organismen in het bestuderen van socialiteit en belangrijke voorbeelden van grote evolutionaire overgangen. Individuen die zich voorgaand volledig onafhankelijk reproduceerden, begonnen met het vormen van geavanceerde samenlevingen. Deze sociale insecten zijn gekarakteriseerd door een specifieke reproductieve taakverdeling waarbij de koningin gespecialiseerd is in voorplanting en de werkers zich voornamelijk inzetten voor niet-reproductieve taken. Insecten die behoren tot de Hymenoptera zijn zeer geschikte voor vergelijkende studies, aangezien deze groep bestaat uit een hele waaier van solitaire tot primitief en zeer eusociale soorten. Zowel de overgang naar eusocialiteit en het ontstaan van semipermanente reproductieve taakverdeling in insect samenlevingen als het achterhalen van welke cognitieve veranderingen gepaard gaan met deze overgang zijn onderwerpen van grote interesse. The social brain hypothesis, die stelt dat voor het behouden van sociale relaties hoge cognitieve vaardigheden vereist zijn, lijkt niet van toepassing voor sociale insecten. Hoewel deze insecten met miljoenen individuen samenleven, lijken er op individueel level enkel beperkte of juist heel gespecialiseerde cognitieve vaardigheden aanwezig te zijn. Dit is te wijten aan het feit dat het merendeel van hun collectieve intelligentie afhankelijk is van gedrag en andere mechanismen, wat ook wel de distributed cognition hypothesis wordt genoemd. Vandaar dat belangrijke cognitieve brein centra van sociale Hymenoptera werkers, die leven in grotere kolonies, meestal minder ontwikkeld zijn dan vooraf gedacht werd. Verder vertonen kolonies van sociale insecten ook een trade-off tussen het enerzijds produceren van een kleiner aantal werkers die groter zijn en meer cognitieve vaardigheden hebben en anderzijds een groter aantal werkers die kleiner zijn en minder cognitieve vaardigheden bezitten. Ook op individueel level is er een trade-off tussen het investeren van energie in het produceren van meer complex brein weefsel en het produceren van andere weefsels zoals de ovaria en oocyten in actief reproducerende individuen. In dit project gaan we primitieve en zeer eusociale soorten behorend tot de sociale Hymenoptera met elkaar vergelijken om te achterhalen hoe fenotypische plasticiteit is geëvolueerd tijdens en na het ontstaan van socialiteit. We willen achterhalen welke mechanismen betrokken zijn bij het ontstaan en behoud van morfologisch discrete koningin-werker kasten, kaste plasticiteit en werker kaste polymorfisme in insect samenlevingen. De specifieke onderzoeksdoelen die worden aangehaald zijn de volgende: de evolutie van kaste plasticiteit in functie van reproductie; de evolutionaire oorsprong van morfologisch gespecialiseerde reproductieve kasten; neuro-ethologie en chemische ecologie van taak specialisatie in mieren. Het voorkomen van kaste plasticiteit in functie van reproductieve rol zal worden onderzocht in verschillende primitieve en zeer eusociale Palearctische en Neotropische mieren, bijen en wespen, om na te gaan hoe weefsel trade-offs energie investering in reproductie versus brein ontwikkeling beïnvloeden. Door het vergelijken van verschillende soorten bijen en mieren die gekarakteriseerd zijn door verschillende levels van socialiteit, kunnen we achterhalen of er reproductieve- en gedrags-plasticiteit voorkomt in eusociale insecten, kwantificeren welke trade-offs de expressie en evolutie van deze plasticiteit beïnvloeden en beschrijven welke mechanismen noodzakelijk zijn om gedragsplasticiteit te verwerven (bv. door omkeerbare veranderingen in het brein volume of door veranderingen in de genexpressie in het brein). Daarenboven zal ook de het ontstaan van de morfologische discrete koningin-werker kasten worden onderzocht. Met behulp van het recent samengestelde genoom van de eusociale gewone wesp Vespula vulgaris, kan de reproductive ground plan hypothesis voor het eerst in de context van kaste determinatie worden getest. Ten slotte zal worden onderzocht hoe brein plasticiteit wordt beïnvloed door de evolutie van morfologisch gespecialiseerde werker kasten. Dit zal worden gedaan door het vergelijken van de brein morfologie en leeftijdscohort in de mierensoort Atta sexdens met een zeer polymorfe en gedifferentieerde werker kaste en deze in de mierensoort Mycocepurus goeldii, met een ongedifferentieerde en monomorfe werker kaste.