Drei Arten sklavenhaltender Ameisen verlieren dieselben Geruchsrezeptoren

Beispiel konvergenter Evolution in der Welt der Ameisen

10.11.2021

Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universitäten Münster, Mainz, Frankfurt und Regensburg präsentiert neue Forschungsergebnisse zur Genomevolution bei parasitischen Ameisen. Die Arbeiterinnen sklavenhaltender Ameisen versorgen die Brut ihrer Königinnen nicht selbst und gehen auch nicht auf Nahrungssuche. Vielmehr übernehmen diese Tätigkeiten die Wirtsarbeiterinnen, also Ameisen einer anderen Art. Interessanterweise entwickelte sich dieses Verhalten mehrmals unabhängig, ausgehend von sozialen Vorfahren, und ist daher ein Beispiel sogenannter konvergenter Evolution. Die Forscherinnen und Forscher argumentieren, dass dieser Übergang zu einer parasitischen Lebensweise mit dem Verlust von Genen für Rezeptormoleküle, die für das Auffinden von Nahrung oder die Brutpflege wichtig sind, eng gekoppelt ist. In ihrer Publikation in der Fachzeitschrift Molecular Biology and Evolution zeigen die Wissenschaftler, dass bei der Evolution des parasitischen Verhaltens von sklavenhaltenden Ameisen Gene für die Geruchs- und Geschmackswahrnehmung ebenfalls konvergent verloren gehen.

Grundsätzlich nimmt die Wissenschaft an, dass die überwiegende Mehrzahl aller Organismen weltweit Parasiten sind. Im Zuge der Anpassung an ihre Wirte haben Parasiten immer wieder eigene Fähigkeiten und die zugrundeliegenden Gene verloren, ihre Genome also reduziert. Ein besonders bekannter Fall von parasitischer Anpassung, den schon Charles Darwin in seinem Werk "Origin of Species" beschrieb, sind sklavenhaltende Ameisen. Diese haben sich von sozialen Vorgängern entwickelt und rauben eng verwandten Arten die Brut, um sie für eigene "Aufgaben" einzusetzen.

"Wir haben die Genome von drei unabhängig entstandenen sklavenhaltenden Ameisen und ihren Wirtsarten sequenziert", erläutert Prof. Dr. Jürgen Heinze von der Universität Regensburg. Prof. Dr. Erich Bornberg-Bauer von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster unterstreicht: "Als interessantestes Ergebnis fanden wir, dass in allen drei untersuchten Arten immer wieder dieselben Geruchsrezeptoren, die zur Nahrungssuche und zur Erkennung von Artgenossen notwendig sind, verloren gingen. Die konvergente Evolution der Phänotypen spiegelt sich also genau in der konvergenten Evolution der Genome wider."

Sklavenhaltende Ameisen versorgen sich und ihre Brut nicht mehr selbst und gehen daher auch nicht selbst auf Nahrungssuche. Sie haben dies an ihre Sklaven delegiert, also an Ameisen einer anderen Art. Daher ist für sklavenhaltende Ameisen ein guter Geruchs- und Geschmackssinn nicht mehr unbedingt notwendig. "Die Sklavenhalter bekommen ihr Essen von den Sklaven serviert, sie können es aber vermutlich gar nicht mehr so gut schmecken," ergänzt Prof. Dr. Susanne Foitzik von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Das Forschungsteam will in Zukunft die Ameisengenome weitergehend analysieren. Es sei nicht ungewöhnlich, dass Parasiten Gene verlieren, weil sie sich auf den Wirt verlassen. "Aber bisher sehen wir nur die Verluste. Uns würde auch interessieren, ob sie Gene hinzugewinnen", so Foitzik weiter.

"Außerdem möchten wir in Mainz mehr über den Zusammenhang zwischen Genverlust und Verhalten der Sklavenhalterameisen herausfinden. Können diese Ameisen mit weniger Geruchsgenen in der Tat schlechter zwischen unterschiedlichen Düften unterscheiden? Welche Auswirkungen hat der Genverlust auf das Gehirn? Hier wollen wir uns die Antennalloben anschauen, die bei den Insekten die Geruchssignale verarbeiten. Sind diese bei Sklavenhaltern reduziert? Eine weitere Frage ist, wann die Geruchsgene an- und abgeschaltet werden, also wie ihre Regulation erfolgt", erklärt Foitzik.

Prof. Dr. Susanne Foitzik erforscht mit ihrer Arbeitsgruppe an der JGU seit über zehn Jahren die Koevolution, das Verhalten und die Ökologie von Sklavenhalterameisen und zählt zu den ausgewiesenen Expertinnen auf diesem Gebiet. Eine ihrer früheren Doktorandinnen, Dr. Evelien Jongepier, ist Erstautorin der jetzigen Veröffentlichung.