Was wird die Ameisenkönigin in den frühen Phasen des „Unternehmertums“ tun, wenn junge Ameisen infiziert sind? Zwei Phänomene wurden beobachtet

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Earth's Gravity

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Geheimnisse der Biowissenschaften zu entschlüsseln, hat das Spitzentechnologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Neues Wissen über das Leben“ veröffentlicht, die Lebensphänomene interpretiert und die Geheimnisse der Biologie aus einer einzigartigen Perspektive enthüllt. Tauchen wir ein in die Welt des Lebens und erkunden wir die unendlichen Möglichkeiten.

Ameisen sind soziale Insekten, die in Gruppen zusammenleben und innerhalb der Gruppe eine klare Arbeitsteilung haben. Im Allgemeinen werden Ameisen in Ameisenköniginnen, Arbeiterameisen, Soldatenameisen, männliche Ameisen usw. unterteilt.

Die Ameisenkönigin ist für die Produktion zuständig, die Arbeiterameisen sind für das Sammeln von Nahrung und die Pflege der Ameisenkönigin und der jungen Ameisen zuständig, die Soldatenameisen sind für die Verteidigung des Ameisennestes zuständig und die männlichen Ameisen sind nur für die Paarung mit der Ameisenkönigin zuständig. Manchmal können wir diese Arbeitsteilung direkt an der Größe der Ameisen erkennen.

Arbeiterinnen unterschiedlichen Ranges bei Blattschneiderameisen (7 links) und Ameisenköniginnen (2 rechts)

(Bildquelle: Wikipedia)

Aber das sind Szenen, die man nur in ausgewachsenen, großen Ameisenkolonien beobachten kann. Wie also entstehen Ameisenkolonien, wenn sie zum ersten Mal gegründet werden?

„Du fängst als Ameise an und musst deine gesamte Ausrüstung aufsammeln.“

Wenn eine Ameisenkolonie gegründet wird, ist der Start oft äußerst schwierig (ähnlich wie „mit nur einem Hund anfangen und die ganze Ausrüstung mitnehmen müssen“): Oft geht eine Ameisenkönigin in ein neues Gebiet und nach einem langen Prozess des Ansiedelns, Jagens, Eierlegens und Schlüpfens wächst die Ameisenpopulation langsam auf eine ausreichend sichere Größe heran. Während dieser Zeit können sie durch Jagd, unzureichende Nahrungsbeschaffung oder Infektion mit Krankheitserregern getötet werden. Insgesamt ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Ameisenstaat erfolgreich etablieren kann, also noch relativ gering.

Unter diesen Faktoren, die zur völligen Vernichtung von Ameisenvölkern führen, kommt der Infektion durch Krankheitserreger (vor allem infektiöse Krankheitserreger) eine besondere Bedeutung zu, da die frühen Stadien einer Infektion oft schwer zu erkennen sind, im Spätstadium jedoch alles zu spät ist.

In reifen Ameisenkolonien können diese aufgrund der ausreichenden Anzahl an Ameisen die Ausbreitung von Krankheitserregern oft auf verschiedene Weise verhindern, beispielsweise durch:

(i) Vermeidung : Vermeiden Sie kontaminierte Bereiche aktiv, schließen Sie den Nesteingang und verweigern Sie kontaminierten Individuen den Zutritt zum Nest.

(ii) Aktive Reinigung : Reinigen Sie das Nest aktiv von Keimen, indem Sie die Körper der anderen reinigen und tote Tiere in einen Isolationsbereich bringen.

In neu gegründeten Ameisenkolonien sind die oben genannten Bedingungen jedoch aufgrund begrenzter „Ameisenkraft“-Ressourcen oft nicht erfüllt. Daher sind die Wissenschaftler sehr neugierig auf die Methoden zur Epidemieprävention bei dieser Ameisenkolonie, die sich noch in der Anfangsphase befindet. In jüngster Zeit haben Wissenschaftler spezielle Beobachtungen und Experimente durchgeführt.

Die jungen Ameisen sind infiziert. Was soll die Ameisenkönigin tun?

Durch Beobachtungen und Experimente wurde festgestellt, dass die wirksamste Methode zur Vorbeugung der Krankheit für die Ameisenkönigin darin besteht, infizierte junge Ameisen oder Ameiseneier zu fressen und deren Nährstoffe wiederzuverwenden, um saubere Ameiseneier zu produzieren.

Im Experiment wurden die Schwarze Ameise (Lasius niger) und der Grüne Muskardenpilz (Metarhizium) verwendet. Unter ihnen ist die Schwarzhaarameise eine auf der ganzen Welt verbreitete Ameisenart, und in einer ihrer Ameisenkolonien gibt es nur eine Ameisenkönigin. Etwa im Herbst jeden Jahres baut die Ameisenkönigin nach ihrem Hochzeitsflug allein ein Nest (normalerweise gräbt sie dazu ein Loch in die feuchte Erde). Nachdem sie gegraben hat, blockiert die Ameisenkönigin den Eingang und beginnt, Eier zu legen (nachdem sie Eier gelegt hat, kann ihre Körpergröße um 50 % abnehmen).

Das Bild zeigt die Königin der schwarzhaarigen Ameisen nach ihrem Hochzeitsflug. Sie hat immer noch ihre Flügel. Sie wird dann versuchen, mit ihren Flügeln mehr organische Substanz anzusammeln.

(Bildquelle: Wikipedia)

Es dauert mehrere Wochen, bis aus den ersten Eiern die ersten Arbeiterameisen schlüpfen. Diese Arbeiterameisen sind klein, aber äußerst kritisch. Sie beginnen gleich nach ihrer Geburt mit der Suche nach Nahrung für die Ameisenkönigin. Wenn diese Arbeiterameisen sterben, wird auch die hungrige Ameisenkönigin ihr Ende finden.

Grüne Muskatnuss ist ein im Boden weit verbreiteter Pilz. Es parasitiert auf der Oberfläche vieler Insekten. Die Hyphen, die nach der Keimung der Sporen entstehen, durchdringen die Oberfläche des Insekts und gelangen in den Körper des Insekts, wo sie sich entwickeln. Die Insekten sterben innerhalb weniger Tage nach der Infektion. Nach dem Tod ist der Körper des Insekts mit einer Schicht grüner Sporen bedeckt. Da zu den von diesem Pilz befallenen Insekten Termiten, Heuschrecken und andere Schädlinge gehören, wird er häufig zur Herstellung eines biologischen Pestizids zur Schädlingsbekämpfung verwendet.

Der tote Körper einer mit Metarhizium anisopliae infizierten Kakerlake

(Bildquelle: Wikipedia)

In der Versuchsgruppe ließen die Wissenschaftler die schwarzen Ameisen zunächst auf natürliche Weise ihre ersten Larven produzieren. Anschließend wurde der Stamm aus schwarzen Ameisen extrahiert, die auf natürliche Weise mit Metarhizium muscardine infiziert waren, und fünf der Larven wurden mit dem Stamm infiziert. Anschließend wurden die Larven 24 Stunden lang isoliert – gerade genug Zeit, damit sich der Stamm entwickeln und tödlich, aber nicht infektiös werden konnte. Setzen Sie die fünf infizierten Larven abschließend zurück in das Ameisennest, um die Reaktion der Ameisenkönigin zu beobachten.

In der Kontrollgruppe wurden 5 Larven ausgewählt und mit Ausnahme der Infektion derselben Operation unterzogen. Nachdem Sie die Larven zurück in das Ameisennest gesetzt haben, beobachten Sie auf ähnliche Weise die Reaktion der Ameisenkönigin.

Es wurde beobachtet, dass in der Versuchsgruppe 92 % der Ameisenköniginnen die infizierten Larven fraßen, ohne Rückstände zu hinterlassen. In der Kontrollgruppe fraßen nur 6 % der Königinnen die Larven.

Wie die Kontrollgruppe zeigte, fressen Ameisenköniginnen unter normalen Umständen oft auch die Körper toter Larven, um Nährstoffe zu recyceln. Um festzustellen, ob die Ameisenköniginnen die Larven fraßen, weil diese mit den Bakterien infiziert waren oder einfach, weil die Larven gestorben waren, versorgten die Wissenschaftler die Ameisenköniginnen zusätzlich mit: (1) infizierten Larven, (2) nicht infizierten Larven, die erfroren waren, und (3) nicht infizierten normalen Larven als Kontrollgruppe. Die Ergebnisse zeigten, dass die infizierten Larven häufiger gefressen wurden als die anderen beiden Larvengruppen.

Infizierte Larven werden eher von der Königin gefressen

(Bildquelle: Referenz 2)

Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Königinnen möglicherweise über eine Möglichkeit verfügen, zu spüren, ob ihre Larven infiziert sind. Dies ähnelt der Art und Weise, wie Menschen ihre Körpertemperatur messen, um festzustellen, ob sie krank sind. Die Ameisenkönigin verlässt sich jedoch nicht auf die Körpertemperatur. Stattdessen ist es möglich, dass die Epidermis der Larven nach der Infektion einzigartige Veränderungen durchläuft oder bestimmte Verbindungen produziert. Anhand dieser Veränderungen erkennt die Ameisenkönigin, ob die Larven infiziert sind.

Am Ende des Experiments war die Überlebensrate der Ameisenköniginnen, die die infizierten Larven gefressen hatten, ähnlich hoch wie die der beiden anderen Ameisenköniginnengruppen. Dies zeigt, dass die Methode der Ameisenköniginnen zur Epidemieprävention wirksam ist.

Warum infiziert sich die Ameisenkönigin nicht, wenn sie infizierte Larven verschluckt?

Aber warum infiziert sich die Ameisenkönigin nicht, nachdem sie die infizierten Larven verschluckt hat?

Theoretisch schluckt die Ameisenkönigin beim Fressen infizierter Larven den Stamm direkt in ihren Magen, was dazu führt, dass der Stamm direkt in ihrem Körper wächst. Die Wissenschaftler vermuteten, dass dies daran lag, dass die Königinnen die Stämme in ihrem Körper möglicherweise durch die Aufnahme ihres eigenen säurehaltigen Giftes abtöteten, da sie beobachtet hatten, wie Königinnen ihre Giftdrüsen durchkämmten.

Um besser zu verstehen, warum Ameisenköniginnen infizierte Larven fressen, simulierten die Wissenschaftler auch eine Situation, in der die Königinnen nicht in der Lage waren, infizierte Larven zu erkennen und zu fressen: Sie fütterten die Königinnen mit Larven vom späten Infektionsstadium bis zum Ende des Infektionsstadiums sowie mit Kontrolllarven.

Am Ende des Infektionsstadiums hat der Pilz die Nährstoffe in der Larve verbraucht und tritt in ein Stadium der Massensporenproduktion ein, in dem Hunderte oder Tausende winziger, neuer, infektiöser Sporenfruchtkörper entstehen.

Wissenschaftler haben beobachtet, dass Ameisenköniginnen versuchen, antibakterielles Gift auf die Körper von Larven zu sprühen, die Fruchtkörper produzieren. Dies ist eine sehr proaktive Präventionsmaßnahme. Wenn es den Ameisenköniginnen jedoch trotzdem nicht gelingt, die Fruchtkörper zu beseitigen, nachdem sie das Gift in ihrem Körper aufgenommen haben, werden sie selbst mit den Bakterien infiziert und sterben. Im Experiment starben dadurch etwa 80 % der Ameisenköniginnen. Selbst wenn einige Ameisenköniginnen überleben würden, würden ihre Larven infiziert und eine nach der anderen sterben.

Untersuchungen zeigen, dass das „unternehmerische“ Denken der Ameisenkönigin effektiv ist

In weiteren Experimenten stellten die Wissenschaftler fest, dass Ameisenköniginnen, die die infizierten Larven fraßen, bei der darauffolgenden Eiablage 55 Prozent mehr Eier legten als Königinnen, die die infizierten Larven nicht fraßen.

Daher glauben Wissenschaftler, dass diese Praxis des „Fresses infizierter Larven“ nicht nur bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten wirksam ist, sondern auch Teil einer Überlebensstrategie ist, denn in den frühen Stadien des „Unternehmertums“ ist jede Larve entscheidend, und die Anzahl der Arbeiterameisen, die sie nach dem Schlüpfen produzieren, bestimmt die Menge der Ressourcen, die das Ameisennest zu Beginn sammelt – je mehr Arbeiterameisen es gibt, desto mehr Nahrung sammeln sie, desto mehr Eier legen sie und je mehr Arbeiterameisen anschließend produziert werden, desto höher ist natürlicherweise die Überlebensrate des Ameisennests.

Quellen:

1.Cremer S, Pull CD, Fürst M A. Soziale Immunität: Entstehung und Evolution des Krankheitsschutzes auf Kolonieebene[J]. Jahresbericht der Entomologie, 2018, 63(1): 105-123.

2.Bizzell F, Pull C D. Ameisenköniginnen fressen infizierte Brut, um die Ausbreitung von Krankheiten einzudämmen und Nährstoffe zu recyceln[J]. Current Biology, 2024, 34(18): R848-R849.