Wie Pheidole Soldaten produzieren

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    • Wie Pheidole Soldaten produzieren

      Die Ameisengattung Pheidole ist mit über 1000 beschriebenen Arten eine diversesten Ameisengattungen überhaupt. Charakteristisches Merkmal von Pheidole ist, dass ein Teil der Kolonie (zwischen 5 und 10%) aus Soldaten besteht, während der Rest aus kleinen Minorarbeiterinnen zusammengesetzt ist. Außerdem gibt es noch einige wenige Arten, die ein trimorphes Kastensystem haben: Sie besitzen sogenannte "Supersoldaten", also zweite Soldatenkasten.

      Aber wie genau funktioniert das, wann wächst eine Larve zu einem Soldaten (oder Supersoldaten)?

      Gestern wurde eine fantastische wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht, die genau diese Frage beantwortet und viele Ideen dazu bringt, wie die Kastendetermination auch bei anderen Ameisen funktionieren könnte: Rajakumar et al. 2018: Social regulation of a rudimentary organ generates complex worker-caste systems in ants

      Man weiß bereits seit längerem, dass eine Kolonie kontrollieren kann, wie viele Soldaten entstehen; wird die relative Anteil der Soldaten künstlich in einer Kolonie erhöht, so werden vermehrt Minorarbeiterinnen aufgezogen. Ursache hierfür ist ein inhibierendes Pheromon, das von dem Soldaten ausgeht. Ist die Anzahl der Soldaten niedrig, so hat dieses Pheromon keine großen Auswirkungen, steigt die Zahl der Soldaten, wird die Entwicklung der Larven zu Soldaten gehemmt. Man vermutete bereits früher, dass es sich bei diesem Pherom um ein Kontaktpheromon handelt, und zwar um bestimmte kutikuläre Kohlenwasserstoffe (welche auch z.B. für den 'Kolonieduft' verantwortlich sind). Das konnte auch in der neuen Studie gezeigt werden.
      Aber was genau bestimmt das heranwachsen zum Soldat? Verantwortlich dafür ist ein Wachstumhormon, und zwar das Juvenilhormon (JH), welches über Ernährung der Larven reguliert wird. Besitzt eine Larve eine hohe Dosis von Juvenilhormon, so wächst sie zu einem Soldaten heran. Aber welches Organ in der Larve ist für die Wachstumsveränderung verantwortlich?

      Pheidole Larven haben eine interessante Entwicklung. Bei Larven, aus denen später Soldaten werden, bilden sich Imaginalscheiben der Flügel aus, die dann aber am Ende der Entwicklung wieder absterben. Minorarbeiterinnen besitzen diese Imagnialscheiben nicht. Supersoldaten haben sogar zwei solcher Imagnialscheiben - wird einer Larve gezeilt Juvenilhormon verabreicht, führt das sogar dazu, dass sich auch bei Pheidole Arten die keine Supersoldaten besitzen Supersoldaten ausbilden! (Rajakumar et al. 2012)
      Ursprünglich dachte man, dass die Flügelimaginalscheiben keine richtige Rolle in der Entwicklung übernehmen; immerhin haben Soldaten keine Flügel, und die Zellen sterben im Laufe der Entwicklung ab.
      Die neue Studie zeigt nun, dass diese Imaginalscheiben jedoch tatsächlich das entscheidende, regulierende Organ darstellen, welche für die Entwicklung zum Soldaten verantwortlich sind.
      Um das zu zeigen, hat man "einfach" die Entwicklung der Imagnialscheiben in Soldatenlarven gestoppt durch sogenannte RNA Interferenz; man kann damit gezielt bestimmte Gene abschalten. In dem Fall hat man das Gen für die Flügelimaginalscheiben stummgeschalten. Und siehe: Es entwickelten sich keine oder deutlich kleinere Soldaten als im Normalfall.

      Nun hatten die Forscher natürlich den Gedanken: Was passiert, wenn man ein biologisches Paradox erschafft? Was ist stärker, die Wachstumsregulierung der Imaginalscheiben oder das Soldaten-Inhibitionspheromon der Soldaten?
      Dafür haben sie ein Experiment ausgeführt, dass jeder Pheidole Halter theoretisch bei sich zu Hause ausprobieren könnte. Man nimmt Soldatenlarven in einem frühen Entwicklungsstadium (optisch erkennbar an den Flügelimaginalscheiben), und setzt sie in eine Pheidole-Kolonie die nur aus Soldaten besteht.
      Das Ergebnis: Aus den Larven werden "Soldaten" in allen Größen und Übergangen zu Minorarbeiterinnen!

      Auch wenn man es noch nicht mit Sicherheit weiß, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Imaginalscheiben auch in anderen polymorphen Ameisen wie z.B. Camponotus eine regulierende Rolle für die Kastendetermination übernehmen.

      Grüße, Phil