Geglückte Integration: Gene von drei Arten in einem Ameisenstaat

Obwohl sie nicht nahe verwandt sind, kommt es regelmäßig zu Kreuzungen. Warum diese Tiere die Artgrenze ignorieren, untersucht ein internationales Wissenschaftlerteam der Universitäten Innsbruck, Wien, Parma und Queensland sowie des Senckenberg Museums für Naturkunde Görlitz.

Ein Staat – eine Art. Vermischung von Kolonien verschiedener Ameisenarten galt bisher als seltene Ausnahme. Drei Arten der Gattung Messor leben aber nicht nur ausnahmsweise in Gemeinschaft. In Italien beobachteten Ameisenexperten, dass sowohl mehrere Arten mit verschiedenen Königinnen in einer Kolonie hausen, als auch Individuen herumkrabbeln, die weder dem einen noch dem anderen Volk eindeutig zuzuordnen sind. Das ist bemerkenswert, da bei nicht nah verwandten Arten eine Vermischung von Genen, die so genannte Hybridisierung, sehr selten ist.

Das macht den Effekt umso interessanter für die Wissenschaftler. Die Vermischung verschiedener Spezies kann eine wirkungsvolle Strategie der Natur sein, um neue Eigenschaften in den Arten zu etablieren und damit das Überleben zu erleichtern. Hybridisierung – bisher als Ausnahme oder Unfall betrachtet – rückt immer mehr in den Fokus der Evolutionsforschung. „Denn was genetisch und im sichtbaren Bauplan der Nachkommen aus Kreuzungen geschieht, hilft Fragen zur Artabgrenzung, -entstehung und -beständigkeit zu klären“, sagt Ameisenexperte Bernhard Seifert vom Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz.

Dass Ameisen die Wissenschaftler direkt in die Werkstatt der Evolution blicken lassen können, liegt an ihrer Art sich fortzupflanzen und zu leben. Es gibt in einem Staat tausende von Geschwistertieren, da jede Ameisenkönigin ständig Nachwuchs erzeugt. Aus befruchteten Eiern entwickeln sich weibliche Tiere, die Arbeiterinnen. Männliche Ameisen, die Drohnen, schlüpfen aus unbefruchteten Eiern. Sie sind haploid, das bedeutet, sie haben jedes Gen nur einmal, nämlich so wie es in der Eizelle angelegt war. Wegen des einfachen Chromosomensatzes unterliegen gerade die Männchen einem enorm hohen Selektionsdruck. Wenn ihre Gene nicht zusammen passen, kann dies nicht wie beim diploiden Weibchen durch das homologe Chromosom ausgeglichen werden. Dieser „Männchenfaktor“ führt neben der großen Zahl an Nachkommen zu einer erhöhten Evolutionsgeschwindigkeit.
Eine enorm hohe und permanente Reproduktionsrate zusammen mit dem haploiden Gensatz der Drohnen, der die Anzahl genetischer Varianten beschränkt, ist es also, was bei Ameisen die Experimente der Evolution sichtbar macht. Quasi im Zeitraffer ist sichtbar, was die Arten formt. Bei kaum einer anderen Tiergruppe kann man dies in ähnlicher Weise nachvollziehen, weil diese zum Beispiel nur wenige Nachkommen und wochen- oder gar jahrelange Generationsdauern haben.

Um das Beziehungsgeflecht der Messor-Ameisen zu klären, betrachtete das Forscherteam die Tiere nicht nur molekularbiologisch sondern auch morphologisch. Nur eine Kombination dieser Methoden ergibt ein Untersuchungssystem, dass die Verwandtschaftssituation im Staat abbilden kann. Denn genetisch muss in einer Ameise nicht allein das drin stecken, was von außen zu sehen ist. Außerdem kommen Variationen im Erscheinungsbild von Individuen einer Art vor.

Ernteameisen sind schon aus der Bibel durch die weisen Sprüche des Königs Salomo bekannt. Alle Ameisen der Gattung Messor ernähren sich bevorzugt von Pflanzensamen, die sie in ihren Bau tragen und dort zerlegen und zu einem Brei zerkauen. In ihrer Lebensweise sind sie sich also ähnlich, doch die drei Arten Messor minor, Messor wasmanni und Messor capitatus unterscheiden sich deutlich in ihrer Körpergröße, Färbung und Ausbildung bestimmter Merkmale. Für die Forscher war es wichtig, zu klären, wie nah diese Arten verwandt sind und dann wie stark sie sich vermischen. Je entfernter die Verwandtschaft, umso unwahrscheinlicher die Kreuzung – so die Theorie.

Und in der Tat herrscht zwischen zwei der Arten ein stetiger genetischer Austausch, aber auch die dritte bleibt nicht außen vor.

Insgesamt enthielt nur ein Teil der Kolonien im Untersuchungsgebiet Hybride. Meist sind dann zwei Arten vermischt. Doch in einigen Fällen sind sogar die Gene von drei Arten im gleichen Nest vorhanden: Die Wissenschaftler stellten Mischlinge der Arten M. minor und M. wasmanni zusammen mit reinerbigen M. capitatus fest.

Wie es zu Ameisen-WGs und -kreuzungen kommt, ist noch nicht sicher bekannt. Möglich ist zum Beispiel, dass die räumliche Nähe im selben Lebensraum zu Irrtümern beim Hochzeitsflug oder zur Adoption fremder Königinnen durch einen bestehenden Staat führt – aber auch andere Erklärungsmöglichkeiten sind denkbar.

Außerdem interessiert die Wissenschaftler nun, welche Vorteile die drei Ameisenarten aus der Vermischung ziehen. Bei Roten Waldameisen der Formica rufa-Gruppe ist bekannt, dass Hybriden Eigenschaften beider Elternarten in sich vereinigen. Sie können dadurch an bestimmte Lebensräume besser angepasst sein als die reinerbigen Ameisen, von denen sie abstammen. (rba)

Die Studie „Mixed colonies and hybridisation of Messor harvester ant species (Hymenoptera: Formicidae)“ ist unlängst in der Fachzeitschrift „Organisms, Diversity & Evolution“ im Springer Verlag erschienen.

Weitere Veröffentlichungen zum Thema:
Seifert, B., Kulmuni, J., Pamilo, P. (2010): Independent hybrid populations of Formica polyctena X rufa wood ants (Hymenoptera: Formicidae) abound under conditions of forest fragmentation. – Evolutionary Ecology 24/5:1219-1237.

Kulmuni, J., Seifert, B., Pamilo, P. (2010): Segregation distortion causes large-scale differences between male and female genomes in hybrid ants. – PNAS 107(16): 7371 – 7376.

Pressekontakt:
Dr. Bernhard Seifert
Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Görlitz
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