Die Bedeutung von bakteriellen Symbionten für Ameisen verstehen
Wenn es um die Nahrungsverdauung und Aufrechterhaltung der Gesundheit geht, spielen bakterielle Symbionten bei den meisten Tieren eine zentrale Rolle. Dies gilt insbesondere für landwirtschaftliche Gemeinschaften, die ihre Nahrung selbst herstellen, wie dies bei den meisten Menschen und manchen Ameisenarten der Fall ist. Tatsächlich können wir bei der Erforschung pilzzüchtender Ameisen eine Menge über die für den Menschen so wichtigen bakteriellen Symbionten lernen. Neben dem Menschen haben pilzzüchtende Ameisen große und sehr komplexe Tiergesellschaften gebildet – Gesellschaften, die auf die Dienstleistungen zahlreicher bakterieller Symbionten angewiesen sind. Um mehr über die Auswirkungen dieser Abhängigkeit auf die soziale Entwicklung von Ameisen in Erfahrung zu bringen, führten die Forscher des EU-finanzierten Projekts AMIABLE eine einzigartige interdisziplinäre Studie zur mikrobiellen Symbiose durch. „In unserem Fokus standen drei Arten von Darmbakterien, die in pilzzüchtenden Ameisen zahlreich vorkommen und die wir vor Kurzem entdeckt hatten“, erklärt Projektkoordinator Professor Jacobus Jan Boomsma. „Diese Bakterien scheinen bei dieser komplexen Symbiose, die zu einem der am besten untersuchten Modellsysteme im Bereich der sozialen Evolution geworden ist, der gegenseitigen Ernährung zu dienen.“ Weiter vordringen Die Forschung von AMBIABLE baut auf vorhergehenden Untersuchungen auf, die vom Centre for Social Evolution (CSE) der Universität Kopenhagen durchgeführt worden waren und die die Zusammensetzung der bakteriellen Symbiontengemeinschaften im Darm von pilzzüchtenden Attini-Ameisen beleuchtet hatten. Diese Untersuchungen zeigten, dass die mikrobiellen Darmgemeinschaften bei der höchstentwickelten pilzzüchtenden Ameisen-Abstammungslinie, der Blattschneiderameise, von nur wenigen zahlreich vorkommenden Bakterienarten bestimmt sind. AMIABLE führte diese Erkenntnis durch Transmissionselektronenmikrospie-Untersuchungen einen Schritt weiter, um zu zeigen, dass alle symbiotischen Bakterien entweder intrazellulär, extrazellulär oder in einer Kombination aus beidem strukturelle Anpassungen auf Lebenszeit in den Ameisenwirten zeitigen. Eines der interessantesten Erkenntnisse des Projekts beruhte auf der Analyse dynamischer Veränderungen in der Gegenwart und bei zahlreichem Vorkommen von Darmbakterien im Zuge der Larvenentwicklung und Verpuppung. „Mit dieser Analyse konnten wir sowohl bei den Blattschneiderameisen Acromyrmex und Atta die Übertragungswege bakterieller Symbionten vom Ei in das Erwachsenenstadium rekonstruieren“, sagt Boomsma. Die Forscher fanden heraus, dass die insgesamte bakterielle Dichte über die Entwicklungsstadien der Acromyrmex-Ameise hinweg ähnlich bleibt. Die Larven und Puppen von Atta-Ameisen weisen allerdings eine etwas geringere Bakterien-Prävalenz auf, während ausgewachsene Arbeiter viele Bakterien haben. Dies legt nahe, dass die bakteriellen Darmsymbionten von Atta-Ameisen vor dem Erwachsenenstadium nicht aktiv erhalten werden. „Diese Ergebnisse zeigen, dass die Übertragungswege für bakterielle Symbionten zwischen Entwicklungsstadien und zwischen Schwestergattungen sehr unterschiedlich sein können“, erklärt Prof. Boomsma. „Das AMIABLE-Projekt zeigte, dass die Identifizierung der Mechanismen für bakterielle Gewinne und Verluste notwendig ist, um die mutmaßlichen mutualistischen Funktionen mikrobieller Darmsymbionten in Gänze verstehen zu können.“ Zahllose Vorteile Laut Prof. Boomsma kann die Arbeit von AMIABLE dazu beitragen, dass Europa seine Ziele im Hinblick auf die Umwelt und Lebensmittelsicherheit einhalten wird, indem die Verwendung schädlicher Pestizide verringert wird. „Da viele Gliederfüßler-Schädlinge und Vektoren von Tier-Mensch-Krankheiten in Gemeinschaft mit Bakterien leben, erleichtert ein besseres Verständnis der Symbiont-Wirt-Interaktionen die zukünftige Entwicklung und Verwendung umweltfreundlicher Insektenbekämpfungslösungen“, sagt Prof. Boomsma. Blattschneiderameisen sind bedeutende landwirtschaftliche Schädlinge im neotropischen Amerika. In Lateinamerika zum Beispiel sind sie für Zerstörungen von Kaffee-, Kakao- und Zuckerpflanzen mit einem Wert von mehreren Millionen Euro verantwortlich und dies hat direkte Auswirkungen auf die europäischen Verbraucher. „Die Möglichkeit zur Störung bakterieller Symbionten könnte zu einem neuen Ansatz für die umweltfreundliche Eindämmung dieser Ameisen führen, der Herstellern und Verbrauchern weltweit wirtschaftliche Vorteile bringt“, schlussfolgert Prof. Boomsma.
Schlüsselbegriffe
AMIABLE, bakterielle Symbionten, mikrobielle Symbiose, Transmissionselektronenmikroskopie, Landwirtschaft