Ameisen, die der Biologie trotzen – Königinnen legen Eier, aus denen eine andere Art schlüpft

• Königinnen der Iberischen Ernteameise (Messor ibericus) zeigen eine einzigartige Fortpflanzungsweise, bei der sie nicht nur ihre eigene Art, sondern auch Männchen einer anderen Art, der Bau-Ernteameise (Messor structor), klonen
• Es wird vermutet, dass die Königinnen Sperma von Männchen einer anderen Art speichern, damit Eier befruchten und anschließend ihr eigenes genetisches Material entfernen, sodass geklonte M. structor-Männchen entstehen
• Dadurch produziert die Königin letztlich Männchen aus zwei Arten, während alle Arbeiterinnen aus hybriden Weibchen beider Arten bestehen und die Kolonie aufrechterhalten
• Um dieses Phänomen zu erklären, schlug das Forschungsteam den neuen Begriff „Xenoparität (xenoparity)“ vor – eine so radikale Entdeckung, dass sie den Artbegriff selbst neu definieren könnte
• Kurzfristig bringt diese Zusammenarbeit beiden Arten Vorteile, doch langfristig könnten die geklonten M. structor-Männchen anfällig werden, weil sich Mutationen ansammeln

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Eine Entdeckung, die den Artbegriff erschüttert

• Der klassische Artbegriff definiert Arten als Gruppen, die sich untereinander fortpflanzen und fruchtbare Nachkommen hervorbringen können
• Im Fall von M. ibericus ist der Erhalt der Kolonie jedoch ohne Fortpflanzung mit einer anderen Art nicht möglich, was die bisherige Definition infrage stellt
• Ökologen weisen darauf hin, dass „der Artbegriff neu überdacht werden muss, wenn zwei Arten gemeinsam notwendig sind“

Eine ungewöhnliche Fortpflanzungsweise

• Königinnen von M. ibericus paaren sich mit Männchen von M. structor und speichern deren Sperma zur späteren Nutzung
• Bei einem Teil der Eier wird offenbar das eigene Erbgut entfernt, sodass Klone von M. structor-Männchen entstehen
• Die Königin produziert damit letztlich Männchen aus zwei Arten, und Arbeiterinnen werden stets als gemischte weibliche Hybride beider Arten geboren

Forschungsablauf und Belege

• Auf einem Feldweg nahe Lyon in Frankreich wurden Kolonien von M. ibericus ausgegraben; dabei sicherte das Team aus 26 Kolonien 132 Männchen
• Fast haarlose Männchen wurden als M. structor identifiziert, stark behaarte Männchen als M. ibericus
• DNA-Analysen zeigten, dass die Männchen beider Arten die mitochondriale DNA von M. ibericus teilen – ein Beleg dafür, dass sie von dessen Königinnen geboren wurden
• Das Forschungsteam bezeichnete dieses Phänomen als „xenoparity“ (Xenoparität)
• Nach zweijähriger Beobachtung von mehr als 50 Ameisengruppen im Labor konnten die Forschenden die Entstehung von M. structor-Männchen direkt beobachten

Evolutionärer Hintergrund und offene Fragen

• M. ibericus und M. structor trennten sich vor mehr als 5 Millionen Jahren und sind keine nahen Verwandten
• Das entspricht einem ähnlich langen Zeitraum wie bei der Trennung von Mensch und Schimpanse (vor 6 bis 8 Millionen Jahren)
• Die Wissenschaft weiß noch nicht genau, warum dieses System erhalten bleibt, vermutet aber, dass beide Seiten davon profitieren

Gegenseitiger Nutzen und Risiken

• Wahrscheinlich handelt es sich um eine symbiotische Beziehung, die beiden Arten Vorteile bringt
• Aus Sicht von M. ibericus:
  • ausreichend Arbeiterinnen für Nestbau, Nahrungssuche und Brutpflege
  • Zugang zu M. structor-Männchen für neue Königinnen
• Aus Sicht von M. structor:
  • Die Art war ursprünglich auf begrenzte Gebirgsregionen beschränkt, könnte aber durch die Verbreitung geklonter Männchen ihr geografisches Verbreitungsgebiet ausdehnen
• Da M. structor-Männchen jedoch nicht innerhalb ihrer eigenen Art paaren und nur als Klone existieren, besteht mit der Zeit das Risiko, dass sich schädliche genetische Mutationen ansammeln
• Im Moment scheint es sich um eine erfolgreiche Fortpflanzungsstrategie im Rahmen der Koevolution zu handeln, ob sie langfristig stabil bleibt, ist jedoch ungewiss

Fazit

• Die Entdeckung belegt die extreme Vielfalt der Fortpflanzungsstrategien, zu denen Ameisen fähig sind
• Wie ein Forscher es formulierte, ist es, „als würde eine Art die andere in die Tasche stecken und mit ihr durch ganz Europa ziehen“ – ein seltsames, aber derzeit sehr erfolgreiches System
• Die Arbeit gilt als bahnbrechende Entdeckung, die dazu zwingt, über Artbegriff und Evolutionstheorie neu nachzudenken

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Hacker-News-Kommentar

• Wenn ich das richtig verstanden habe, ist das wirklich erstaunlich: Eine M.-ibiricus-Königin paart sich mit einem M.-structor-Männchen und verwendet dessen Spermien, um sterile hybride Arbeiterinnen zu erzeugen. Und noch verblüffender ist, dass diese Königin manchmal sogar selbst Männchen klonen kann, die genetisch mit dem M.-structor-Männchen identisch sind – also gewissermaßen neue Männchen erschafft, indem sie ihre eigenen Gene entfernt und nur die Gene des früheren Partners übrig lässt.
  • Wenn man Gene ernsthaft als Hauptobjekt der Evolution betrachtet, dann werden die „Pareto-optimalen“ Kombinationen, die verschiedene Gene erreichen können, am Ende wohl durch zufällige Suche gefunden.
  • Genau dieser Teil hat mich auch fasziniert. Ich finde es verwirrend, wie eine einzige Ameisenkönigin ein Männchen einer anderen Art vollständig kopieren kann. Normalerweise sollte ein männliches Spermium nur die Hälfte der für die Fortpflanzung nötigen Gene enthalten, aber bei Ameisen funktioniert die Geschlechtsbestimmung anders. Laut diesem Material haben Ameisenmännchen einen Chromosomensatz, Weibchen zwei. Deshalb scheint schon ein einziges Spermium eines Ameisenmännchens auszureichen, um ein vollständiges männliches Tier hervorzubringen. Ich verstehe es so, dass dabei ein Ei entsteht, aus dem die Gene des Weibchens entfernt werden, sodass der Nachwuchs nur aus den Genen des Männchens geklont wird.
  • Ich habe die Geschichte auch anderswo gelesen, war aber völlig verwirrt und konnte sie kaum nachvollziehen.
  • Ameisen sind wirklich ein Lieblingsobjekt der Natur für Experimente.
  • Eigentlich ist es vielleicht gar nicht so seltsam, wie es klingt, weil Ameisenmännchen „haploid“ sind, also nur einen Chromosomensatz haben. Natürlich ist es trotzdem ein unglaublich faszinierendes Phänomen.
• Ameisen und Wespen sind beides Lebewesen mit wirklich erstaunlicher Vielfalt und Anpassungsfähigkeit. Manche Arten haben mehrere Königinnen, manche halten Blattläuse, andere bauen Nester so klein wie Nüsse, wieder andere so groß wie der Äquator. Manche parasitieren sogar gezielt auf bestimmten Arten. Es gibt Ameisen, die Wüstensonnenlicht reflektieren, Ameisen, die auf dem Amazonas treiben, süßigkeitsgefüllte „Container-Ameisen“, maschinenartige Ameisen mit extrem kräftigen Kiefern und Ameisen, die mit ihren eigenen Körpern Brücken bilden. Auch genetische Tricks scheinen kein Ende zu kennen – die biologische Welt ist fast spannender als Science-Fiction. Wenn du dich für seltsame und wunderbare Lebewesen interessierst, kann ich nur empfehlen, einmal in die Myrmekologie einzutauchen.
  • Soweit ich weiß, dachte ich immer, Wespen hätten sich aus Ameisen entwickelt, aber vielleicht ist es auch umgekehrt.
• Das ist wirklich ein erstaunliches Phänomen. Soziale Insekten wie Ameisen und Bienen zeigen oft merkwürdige Tendenzen bei der Geschlechtsbestimmung. Weniger als 1 % der Individuen in einer Kolonie können sich fortpflanzen, und fast alle übrigen existieren nur für die Fortpflanzung dieses 1 %. Arbeiterinnen nehmen Selbstverstümmelung, Opfer und sogar Selbstmord in Kauf, um die Überlebenschance der Königin auch nur um 0,1 % zu erhöhen. Auf diesem Niveau ist es hilfreich, die ganze Kolonie als ein einziges Individuum zu betrachten, weil das Konzept des Einzelindividuums verschwimmt.
  • Evolution funktioniert letztlich auch nicht auf Ebene einzelner Individuen, sondern eher auf Ebene von Unterpopulationen oder Populationen innerhalb einer Unterart. Innerhalb solcher Gruppen, die sich gegenseitig fortpflanzen, sammeln sich verschiedene genetische Varianten an, und wenn sich die Umwelt stark verändert, können genau diese angesammelten Unterschiede über Überleben oder Nichtüberleben entscheiden. Man denke etwa an Wald- und Savannenelefanten: lange isolierte Gruppen, die sich jeweils eigenständig entwickelt haben und bei Umweltveränderungen zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Erklärungen aus dem Schulbiologieunterricht wie „Giraffen mit langem Hals überleben besser, weil sie mehr Blätter fressen“ sind wichtig, aber tatsächliche Evolution geschieht auf Ebene ganzer Populationen oder Arten. Solange eine Variation nicht tödlich ist, hat das Individuelle oft keinen großen Einfluss.

  • Es geht hier um die Aussage, dass es hilfreich sei, die ganze Kolonie als Individuum zu betrachten, aber wäre es nicht auch möglich, jedes einzelne Tier als Individuum mit einem gemeinsamen Ziel zu sehen?

• Die Formulierung, die Biologie werde hier „herausgefordert“, passt nicht wirklich. Schon der Artbegriff selbst ist extrem vage und letztlich nur ein von Menschen geschaffenes Werkzeug zur Unterscheidung. Die Natur selbst hat keine klaren Grenzen oder „Nähte“.
  • Biologie ist am Ende ebenfalls ein menschlich gesetztes Konzept. Im Artikel steht sinngemäß: „Der klassische Artbegriff verlangt, dass eine Gruppe von Individuen mit ähnlichen körperlichen/genetischen Eigenschaften sich in der Natur untereinander fortpflanzen kann. Hier aber werden zwei verschiedene Arten benötigt, also muss der Artbegriff neu überdacht werden.“ Von irgendwelchen „Nähten der Natur“ ist im Artikel keine Rede.
• Einerseits klingt das alles kaum glaubhaft, andererseits ist es angesichts der vielen bizarren biologischen Mechanismen auch wieder nicht so wahnsinnig. Zum Beispiel könnte der Ablauf so sein: Ein Ei wird gebildet, sein Zellkern entfernt, und dann werden die Kerne gespeicherter Spermien – einer oder zwei – eingesetzt, um geklontes Wachstum zu starten; der genaue Mechanismus wird noch erforscht. Im Vergleich dazu gibt es auch den Ameisen in Zombies verwandelnden Pilz (Ophiocordyceps unilateralis) oder Brutparasitismus, bei dem Eier andere Vogeleier nachahmen (Brood parasitism). Verglichen mit solchen Beispielen wirkt dieser Fall fast schon weniger verrückt.
• Frühere Diskussion: zugehörige Hacker-News-Kommentare
• Das erinnert viele an Ambystoma-Salamander. Diese sind alle weiblich und „stehlen“ zur Fortpflanzung Spermien von Männchen aus drei bis vier verschiedenen Arten. Meist werden die männlichen Gene verworfen, gelegentlich aber aufgenommen, sodass Embryonen mit Chromosomensätzen mehrerer Arten entstehen. Dadurch kann der Nachwuchs Gene von bis zu vier Arten enthalten. Eine wirklich faszinierende Strategie.
• Besonders interessant an dieser Entdeckung ist, dass es bei Ameisen häufiger vorkommt, dass eine Art keine eigenen Arbeiterinnen mehr produzieren kann und sich stattdessen Spermien einer anderen Art leiht. In so einem Fall kann sie sich aber nur innerhalb des Verbreitungsgebiets dieser anderen Art ausbreiten, weil sie sich mit ihr fortpflanzen muss. Wenn sie deren Männchen jedoch mit sich herumtragen und so weiter züchten könnte, wäre eine Ausbreitung über größere Distanzen möglich. Genau so scheint es hier zu sein. Wenn die Königin Spermien einer „domestizierten“ Art erhält, entfernt sie die Gene des „Wirts“ aus dem Ei, sodass eine vollständig andere Ameise entsteht. Allerdings wird die mitochondriale DNA immer von der Mutter vererbt. Die „Haustier“-Männchen und die „Wildtyp“-Männchen sehen etwas unterschiedlich aus, aber ob das an den Mitochondrien liegt, ist noch unklar. Jemand nannte diesen Fall einmal die „Zellorganellen eines Superorganismus“. So wie prokaryotische Zellen Bakterien aufgenommen haben und daraus eukaryotische Zellen wurden, hat diese Ameise offenbar eine andere Art in sich aufgenommen und ist zu einer Art Hybrid geworden. Wenn man darüber nachdenkt, wie viele verschiedene Fortpflanzungs- und Überlebensweisen es noch geben mag, ist das wirklich eine erstaunliche Welt.
• Es ist wirklich faszinierend, dass die Königin Eier in drei Typen legen kann: hybride Weibchen, Ibiricus-Männchen und structor-Männchen. Ich frage mich, ob eine Karyotypisierung gemacht wurde und ob die Gene der Königin tatsächlich aus dem Ei entfernt werden, oder ob die structor-Gene eintreten und die Gene der Königin zum Schweigen bringen – was für sich genommen schon spannend wäre. Vielleicht handelt es sich auch um etwas Komplexes wie „Imprinting“.
  • Klingt wie eine reale Zerg Queen.
• Die Insektenwelt ist wirklich unglaublich. Auch die Art, wie dieses Lebewesen mit der Natur koexistiert, ist extrem ungewöhnlich. Ohne Insekten gäbe es die Natur, wie wir sie kennen, wohl nicht.