Den Blattschneiderameisen liegt die Landwirtschaft in den Genen

14. Februar 2011, 16:50
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Symbiotische Beziehung zwischen Insekten und Pilzen hat sich im Erbgut niedergeschlagen

Die landwirtschaftlichen Fähigkeiten der Blattschneiderameisen sind ein eindrucksvolles Beispiel dafür, welche erstaunlichen Verhaltensweisen die Evolution hervorgebracht hat: Die Insekten schneiden Blätter von den Bäumen und tragen wie am Fließband Blattschnipsel für Blattschnipsel in ihre unterirdischen Nester. Die Ameisen züchten auf dem Pflanzenmaterial bestimmte Pilze, die sie hegen und von denen sie sich ernähren.

Eine Kolonie mit sieben Millionen Arbeiterinnen kann einen Raum von 600 Kubikmetern füllen und verarbeitet ungefähr so viel Pflanzenmaterial wie eine Kuh. Ein internationales Forscherkonsortium hat nun erstmals gezeigt: Die hoch spezialisierte Lebensweise hat sich im Erbgut der Blattschneiderameisen niedergeschlagen und unter anderem dazu geführt, dass bestimmte Gene, die sonst zur Verdauung nötig sind, fehlen.

Die 20 beteiligten Arbeitsgruppen haben unter der Leitung von Cameron Currie und Garret Suen von der US-amerikanischen Universität Wisconsin-Madison erstmalig das vollständige Genom der Blattschneiderameisen-Art Atta cephalotes analysiert. Die Studie wurde in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins PLoS Genetics veröffentlicht.

Gen-Verlust

"Aus dem Genom lässt sich nun einiges aus der Evolutionsgeschichte der Ameisen in den vergangenen 30 bis 50 Millionen Jahre ablesen - so lange gibt es die Pilzbewirtschaftung vermutlich schon", erläutert Erich Bornberg-Bauer vom Institut für Evolution und Biodiversität der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Durch die reiche Nahrungsversorgung konnten die Blattschneiderameisen es sich leisten, einige Gene, die bei anderen Insekten eine wichtige Rolle im Stoffwechsel spielen, zu verlieren.

So produzieren die Ameisen bestimmte Verdauungsenzyme nicht mehr - sie sind überflüssig geworden, da die Verdauung der Pilzprodukte keine Zerlegung von Proteinen erfordert. Die Ameisenlarven haben auch die Fähigkeit verloren, bestimmte Aminosäuren herzustellen. "Wir gehen davon aus, dass der Pilz sie damit versorgt und es daher für die Ameisen nicht mehr nötig ist, sie zu produzieren."

Präzise Arbeitsteilung

Der Schlüssel zu dieser "Genomverschlankung" liegt in der symbiotischen Lebensweise der Blattschneiderameisen. Die Tiere leben in einem Geflecht von gegenseitigen ökologischen Abhängigkeiten. Zahlreiche körperlich extrem unterschiedliche Kasten von Arbeiterinnen optimieren die Zucht der Pilze durch eine präzise Arbeitsteilung. Dazu gehören zum Beispiel riesige Kriegerinnen, die die Kolonie mitsamt dem Pilz verteidigen. Es gibt auch winzige Gärtnerinnen, die mit ihren filigranen Mundwerkzeugen den Pilz behutsam pflegen, oder Sammlerinnen, die auf das Eintragen von Blättern spezialisiert sind.

Der Pilz wird oft von einem anderen Schmarotzerpilz attackiert. Doch die Ameisen sorgen vor: Sie tragen bestimmte Bakterien auf ihrem Körper und füttern sie dort mit einem Drüsensekret. Die Bakterien wiederum helfen, die Pilzgärten von Schmarotzerpilzen frei zu halten. Andere Bakterien nutzen die Pilzgärten als Nahrungsgrundlage und versorgen im Gegenzug Pilze und Ameisen mit Stickstoff. Die Ameisen haben somit nicht nur eine Art Landwirtschaft, sondern hoch spezialisierte Hygienemaßnahmen entwickelt. Gleichzeitig wurden sie aber damit auch abhängig - ohne Pilz gehen die Kolonien zugrunde.

Umwelteinflüsse auf die Gene

Die genetischen Grundlagen der Kastenaufteilung sind noch rätselhaft. "Aber durch die Untersuchung des Genoms werden wohl nun bald auch hier neue Erkenntnisse folgen", vermutet Erich Bornberg-Bauer. Wissenschafter gehen davon aus, dass die sogenannte Epigenetik eine große Rolle spielt - dass also durch Umwelteinflüsse bestimmte Teile des Genoms stillgelegt werden. Durch die Analyse der Genome weiterer Ameisenarten wollen die Forscher weitere Rückschlüsse auf die Ursachen des Erfolges dieser Tiergruppe ziehen. (red)

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    Die hoch spezialisierte Lebensweise der Blattschneiderameisen hat sich im Erbgut der Insekten niedergeschlagen.

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