Brutpflege-Gen steuert Arbeitsteilung bei Ameisen

Forscher identifizieren Gen, dessen Aktivität Empfindlichkeit für Brutgeruch steuert und damit Brutpflegeverhalten von Ameisen beeinflusst

GEMEINSAME PRESSEMITTEILUNG VOM SENCKENBERG BIODIVERSITÄT UND KLIMA FORSCHUNGSZENTRUM UND DER JOHANNES GUTENBERG-UNIVERSITÄT MAINZ

19.06.2018

Der Erfolg von Ameisenstaaten beruht auf einer klaren Arbeitsteilung. Welche Gene das Verhalten der Arbeiterinnen steuern, ist aber bisher kaum bekannt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums haben jetzt ein Gen identifiziert, dessen Aktivität die Empfindlichkeit für Brutgeruch steuert und damit das Brutpflegeverhalten von Ameisen beeinflusst. Dies zeigen genetische Untersuchungen und Experimente an der nordamerikanischen Ameisenart Temnothorax longispinosus, wie die Forschergruppe in der Fachzeitschrift PLoS Biology berichtet.

Im Ameisenstaat herrscht strenge Arbeitsteilung. Die Königin ist primär für die Fortpflanzung zuständig. Die Arbeiterinnen erledigen den Rest der anfallenden Aufgaben, die sich im Laufe ihres Lebens wesentlich ändern. Junge Arbeiterameisen kümmern sich um den Nachwuchs und betreiben Brutpflege. Im mittleren Alter kümmern sich Arbeiterinnen um ihre erwachsenen Nestgenossinnen und gegen Ende ihres Lebens gehen sie dann auf Nahrungssuche.

Forscher der JGU und des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums haben jetzt ein Gen identifiziert, das bei diesen wechselnden Zuständigkeiten eine zentrale Rolle spielt. "In einer Genexpressionsstudie haben wir gesehen, dass bei Brutpflegerinnen das Vitellogenin-Gen like-A viel aktiver ist als bei Arbeiterinnen, die auf Nahrungssuche gehen. Diese unterschiedliche Genaktivität beeinflusst, wie stark die Ameisen aufgabenbezogene Reize wahrnehmen. Dementsprechend ändern sich die von ihnen ausgeführten Aufgaben", erklärt Prof. Dr. Susanne Foitzik vom Institut für Organismische und Molekulare Evolutionsbiologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Im Anschluss an die genetischen Studien prüfte die Gruppe die Rolle des Vitellogenin-Gens like-A experimentell. Dazu wurde das Gen in jungen Arbeiterinnen der nordamerikanischen Art Temnothorax longispinosus inaktiviert. Die so manipulierten Ameisen pflegten die Brut in geringerem Maße als gleichaltrige Ameisen einer Kontrollgruppe. Stattdessen kümmerten sie sich vermehrt um erwachsene Nestgenossinnen, eine Aufgabe, die sie normalerweise erst später im Leben übernehmen. Entsprechend theoretischer Modelle zur Aufgabenverteilung in sozialen Insekten zeigte sich, dass dieser Aufgabenwechsel damit einhergeht, dass die Ameisen für Brutgerüche weniger und für die Signale der erwachsenen Arbeiterinnen stärker empfindlich sind.

Ameisen sind wie Bienen, Wespen und Termiten soziale Insekten. Ihre komplexen Gemeinschaften sind erfolgreich, weil sich Gruppenmitglieder auf bestimmte Aufgaben spezialisieren und diese effizienter ausführen. Bisher liegen jedoch wenige Erkenntnisse dazu vor, welche Mechanismen die Spezialisierung der Arbeiterinnen steuern.

"Lediglich bei Honigbienen wurde bisher ein Gen nachgewiesen, das die Sammelaktivität steuert. Mit unserem Erstnachweis eines Gens bei Ameisen, das die Brutpflege – also eine weitere wichtige Aufgabe – reguliert, schließen wir eine Wissenslücke in der genetisch basierten Verhaltenssteuerung sozialer Insekten", resümiert Dr. Barbara Feldmeyer vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum.