Niskie dawki insektycydów mogą zmieniać zachowanie kolonii mrówek

Mrówka argentyńska (Linepithema humile) jest inwazyjnym szkodnikiem występującym na całym świecie. Jej zdolność adaptacji, konkurencyjne zachowania oraz skłonność do tworzenia superkolonii mogą prowadzić do wypierania rodzimych gatunków owadów. W konsekwencji może to przyczyniać się do obniżenia bioróżnorodności i zaburzać funkcjonowanie ekosystemów na zasiedlanych przez nią obszarach.

Do zwalczania mrówek argentyńskich powszechnie stosuje się trutki pokarmowe zawierające substancje toksyczne. Są one rozprowadzane w obrębie kolonii przez robotnice za pośrednictwem trofalaksji, czyli mechanizmu wymiany płynnego pokarmu pomiędzy osobnikami. Dzięki temu substancja aktywna może rozprzestrzenić się w całej kolonii.

Ponieważ jednak środek rozcieńcza się w trakcie przekazywania między osobnikami, wiele mrówek może być wystawianych na dawki, które nie spowodują natychmiastowej śmierci, ale mimo to wpłyną na ich zachowanie. Zrozumienie skutków działania dawek subletalnych może pomóc wyjaśnić, w jaki sposób zmienia się aktywność mrówek po zastosowaniu środku, a także może mieć znaczenie dla sposobu opracowywania tego typu preparatów przez producentów.

W nowym badaniu opublikowanym na łamach czasopisma naukowego Insects, dostępnego w modelu Open Access, przeanalizowano wpływ dwóch powszechnie stosowanych substancji czynnych w środkach owadobójczych: kwasu borowego i tiametoksamu, na mrówki argentyńskie eksponowane na ich niskie stężenia. Badacze odkryli, że oba związki wywoływały bardzo odmienne zmiany behawioralne. Kwas borowy powodował gromadzenie się mrówek wewnątrz gniazd i ograniczał ich aktywność poza nimi, natomiast tiametoksam skłaniał mrówki do opuszczania gniazda i zwiększał ich aktywność na obszarze żerowania.

Jak zauważa dr Dong-Hwan Choe, autor korespondencyjny badania:

Jak toksyczne środki owadobójcze wpływają na kolonie mrówek?

Do zwalczania populacji mrówek argentyńskich powszechnie stosuje się środki w płynie, ponieważ owady te chętnie spożywają roztwory cukrów. Aby środek zadziałał skutecznie, zawarta w nim substancja toksyczna powinna być rozpuszczalna w wodzie i działać na tyle wolno, by mrówki zdążyły przenieść ją do gniazda i rozprowadzić w kolonii.

W większości wcześniejszych badań skuteczność środków oceniano na podstawie śmiertelności mrówek lub zmian w ich aktywności żerowej. Mniejsza liczba mrówek poza gniazdem nie musi jednak oznaczać większej śmiertelności, lecz może wynikać ze zmiany zachowania tych owadów.

Dlatego badacze wystawili laboratoryjne kolonie mrówek argentyńskich na działanie wodnego roztworu sacharozy zawierającego 0,2% kwasu borowego albo 0,00005% tiametoksamu. Stężenia te dobrano tak, aby wywołać zmiany w zachowaniu mrówek, powodując jednocześnie niewielką śmiertelność w trakcie eksperymentu.

Przez trzy dni zespół monitorował liczbę mrówek znajdujących się wewnątrz gniazda oraz na arenie do żerowania. Poszczególne mrówki badano również na arenie obejmującej strefy oświetlone i zaciemnione, aby sprawdzić, czy zastosowane substancje wpływały na ich sposób poruszania się lub reakcje na światło.

Kwas borowy powodował gromadzenie się mrówek wewnątrz gniazda

Po ekspozycji na kwas borowy coraz więcej mrówek gromadziło się wewnątrz gniazda. W drugim i trzecim dniu zagęszczenie mrówek w gnieździe było istotnie większe niż przed zastosowaniem substancji.

Jednocześnie na arenie do żerowania obserwowano mniej mrówek. Ogółem kwas borowy zwiększył zagęszczenie mrówek wewnątrz gniazda o 25,6% i zmniejszył ich aktywność poza gniazdem o 56,3%. Dla porównania w grupie kontrolnej nie zaobserwowano żadnych zmian w zagęszczeniu mrówek.

Zdaniem badaczy zachowanie to może mieć związek z fizjologicznym działaniem kwasu borowego. Związek ten może uszkadzać niektóre elementy układu pokarmowego i wydalniczego owadów oraz zaburzać gospodarkę wodną organizmu, co może skłaniać mrówki do gromadzenia się blisko siebie wewnątrz gniazda, aby ograniczyć utratę wody.

W badaniu nie sprawdzono jednak bezpośrednio, czy to właśnie zaburzenia gospodarki wodnej odpowiadały za zaobserwowane zachowanie. Możliwe zatem, że pewną rolę odgrywały również inne skutki działania kwasu borowego.

Tiametoksam wywołał odwrotny efekt

Tiametoksam wywołał niemal całkowicie odwrotną reakcję.

Zamiast skupiać się wewnątrz gniazda, mrówki poddane działaniu tej substancji coraz liczniej gromadziły się poza nim. Liczba i zagęszczenie mrówek wewnątrz gniazda zmniejszyły się, natomiast ich liczba na obszarze żerowania wzrosła.

Ogółem tiametoksam zmniejszył zagęszczenie mrówek wewnątrz gniazda o 36,5% i zwiększył ich aktywność poza gniazdem o 862,3%.

Pod względem mechanizmu działania tiametoksam jest insektycydem z grupy neonikotynoidów, oddziałującym na receptory w układzie nerwowym owadów. We wcześniejszych badaniach wykazano związek między ekspozycją na neonikotynoidy a zmianami aktywności i innych zachowań mrówek oraz pozostałych owadów, w tym nadmiernym pobudzeniem neuronów.

W tym badaniu mrówki poddane działaniu tiametoksamu nadal poruszały się po obszarze żerowania, zamiast wracać do gniazda. Zwiększoną aktywność obserwowano pomimo zastosowania stężenia, które w okresie trwania eksperymentu powodowało jedynie niewielką śmiertelność.

Dr Dong-Hwan Choe wyjaśnia zaobserwowane zjawisko:

Co istotne, wzrost liczby mrówek poza gniazdem można błędnie zinterpretować jako nasilenie infestacji, podczas gdy w rzeczywistości może on odzwierciedlać reakcję behawioralną na środek owadobójczy.

Zmiany w reakcji mrówek na światło mogą wyjaśniać zmiany w ich zachowaniu

Trzy dni po zastosowaniu insektycydu pojedyncze mrówki umieszczono na arenie behawioralnej i przez 10 minut śledzono sposób ich poruszania się. Co zaskakujące, ani kwas borowy, ani tiametoksam nie wpłynęły istotnie na całkowity pokonany dystans. Mrówki ze wszystkich trzech grup, w tym z grupy kontrolnej, przebyły podobną odległość, wynoszącą średnio od 819 do 848 cm.

Wyniki te wskazują, że znaczne różnice zaobserwowane na poziomie kolonii nie wynikały jedynie ze zwiększenia lub zmniejszenia zdolności mrówek do poruszania się.

Kiedy jednak oceniono reakcję mrówek na światło, okazało się, że oba insektycydy wywoływały odmienne skutki. Mrówki poddane działaniu tiametoksamu spędzały w oświetlonych strefach istotnie więcej czasu niż osobniki z grupy kontrolnej. Średni czas wynosił odpowiednio 313,5 i 264,7 sekundy.

Zdaniem badaczy tiametoksam może zaburzać typowe dla mrówek unikanie światła, co jest zgodne z wynikami wcześniejszych badań nad wpływem tego insektycydu na pszczoły. Taka zmiana zachowania może przyczyniać się do obserwowanego w koloniach poddanych działaniu tiametoksamu błąkania się mrówek.

Jak zmiany w zachowaniu mrówek mogą pomóc w zwalczaniu szkodników

Wyniki te wskazują, że działanie insektycydu może być bardziej złożone niż samo uśmiercanie owadów, które go spożyją.

Kwas borowy może sprawiać wrażenie bycia efektywnym rozwiązaniem, ponieważ bezpośrednio po jego zastosowaniu poza gniazdem widocznych jest mniej mrówek. Obserwacja ta może pomóc wyjaśnić, dlaczego w niektórych badaniach terenowych po zastosowaniu środków zawierających kwas borowy odnotowano krótkotrwały ponowny wzrost aktywności mrówek. Początkowa reakcja behawioralna, polegająca na skupianiu się wewnątrz gniazda, może ograniczać dalszą ekspozycję mrówek na substancję, po czym mogą one powrócić do żerowania. Do ponownego wzrostu aktywności mogą jednak przyczyniać się także inne czynniki, takie jak pojawienie się na danym obszarze nowych kolonii lub nowych robotnic.

Z kolei po zastosowaniu środka zawierającego tiametoksam obserwowano wzrost aktywności mrówek na obszarach żerowania. Pomimo tej zmiany zachowania mrówki poddane działaniu substancji nadal były zdolne do spożywania roztworu ze środkiem. Możliwe zatem, że ich zwiększona aktywność przyczynia się do dalszego spożywania insektycydu i rozprowadzania substancji toksycznej w obrębie kolonii.

Jednocześnie nasilone błąkanie się mrówek może prowadzić do przemieszczania się osobników poddanych działaniu insektycydu na nowe obszary. W praktyce zwiększona aktywność takich mrówek w dobrze oświetlonych miejscach może skutkować ich niezamierzonym rozprzestrzenianiem się i potencjalnym pojawieniem się infestacji w innych lokalizacjach.

Informacje te mogą być przydatne dla specjalistów zajmujących się zwalczaniem szkodników. Na ich podstawie mogą oni zalecać klientom kontrolowanie i zabezpieczanie potencjalnych miejsc przedostawania się mrówek do budynków, zwłaszcza w pobliżu drzwi i okien, aby zapobiec ich rozprzestrzenianiu się na nowe obszary.

Badanie, które może pomóc w opracowaniu przyszłych strategii zwalczania mrówek

Badanie to pokazuje, dlaczego sama śmiertelność może nie dawać pełnego obrazu wpływu środków owadobójczych na owady społeczne.

Kolonie mrówek argentyńskich to zorganizowane systemy, w których zachowanie poszczególnych osobników może wpływać na sposób rozprowadzania pokarmu, wody i substancji toksycznych w obrębie całej kolonii. Substancja powodująca gromadzenie się mrówek wewnątrz gniazda może wywoływać zupełnie inne skutki niż substancja skłaniająca je do jego opuszczenia, nawet jeśli oba związki ostatecznie prowadzą do śmierci owadów.

Zdaniem badaczy te zmiany w zachowaniu owadów można uwzględniać podczas oceny insektycydów.

Konieczne są jednak dalsze badania. W omawianym eksperymencie kolonie obserwowano jedynie przez trzy dni po ekspozycji, dlatego nie wiadomo, jak długo utrzymują się zaobserwowane zmiany zachowania. Przyszłe doświadczenia mogłyby wykazać, czy efekt ten nasila się, zanika z czasem, czy też może część mrówek poddanych działaniu insektycydów odzyskuje sprawność i powraca do normalnej aktywności.

Warto byłoby również zbadać wpływ innych powszechnie stosowanych substancji toksycznych na zachowanie mrówek, a także czy połączenia takich związków jak kwas borowy i tiametoksam wywołują odmienne skutki.

Skupienie się na czynnikach innych niż śmiertelność może pozwolić badaczom lepiej zrozumieć, w jaki sposób insektycydy zmieniają zachowanie i organizację kolonii szkodników. W przypadku mrówek argentyńskich może to pomóc wyjaśnić zmiany aktywności obserwowane po zastosowaniu środków owadobójczych oraz dostarczyć informacji przydatnych do udoskonalania przyszłych metod zwalczania tych owadów.

Więcej badań poświęconych zachowaniu owadów, zwalczaniu szkodników i entomologii można znaleźć na łamach czasopism Open Access Agronomy, Agriculture i Insects.

Artykuł został przetłumaczony z bloga MDPI. Oryginalny tekst znajdziesz tutaj: Low-Dose Insecticides Can Change How Ant Colonies Behave.