Erleben Sie die Magie der Ameisen! Wie wurden Ameisen und Pflanzen zu Verbündeten?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Qin Yalong (Institut für Botanik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Provinz Jiangsu, Botanischer Garten Nanjing Zhongshan)

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.

In der Natur beeinflussen und beeinflussen sich Ameisen und Pflanzen gegenseitig. Nach einer langen Evolutionsphase haben sie nach und nach magische, für beide Seiten vorteilhafte symbiotische Beziehungen aufgebaut. Dieser Artikel verwendet die symbiotische Beziehung zwischen Ameisen und Pflanzen, um wissenschaftlich zu erklären, wie Ameisen und Pflanzen gemeinsam entstehen.

Die Koevolution von Ameisen und Pflanzen begann damit, dass sich Ameisen von Pflanzen ernährten. Anschließend entwickelten Pflanzen Strukturen und Gewohnheiten, die für Ameisen von Vorteil waren.

Koevolution von Ameisen und Angiospermen

Es gibt mehr als 14.000 Ameisenarten auf der Erde, was sie zu einem der zahlreichsten Insekten macht. Sie und die Angiospermen entstanden in der Kreidezeit vor etwa 140 Millionen Jahren und sind heute auf allen Kontinenten außer der Antarktis verbreitet.

Im Jahr 2023 enthüllten in Evolution Letters veröffentlichte Forschungsergebnisse die enge Verwandtschaft zwischen Ameisen und Angiospermen (Blütenpflanzen) in Bezug auf Evolution und Verbreitung. Die Studie wies darauf hin, dass zwischen der späten Kreidezeit und dem frühen Paläogen vor mehr als 60 Millionen Jahren die Blätter der Angiospermen mehr Spaltöffnungen entwickelten, die Waldumgebung, von der sie zum Überleben abhängig waren, allmählich feuchter wurde und die Epiphyten auf den Bäumen immer zahlreicher wurden. Zu dieser Zeit entwickelten sich die Ameisen, die ursprünglich unter der Erde im Wald nisteten, allmählich weiter und führten zur Entwicklung von Baumameisen, die in Bäumen nisteten. Durch die vertikale Schichtung der Kolonie wurde die Konkurrenz zwischen den Arten verringert.

Pflanzen und Ameisen Abbildung

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Mit der Ausbreitung der Angiospermen über die Wälder hinaus verbreiteten sich auch die Ameisen. Während dieses Prozesses entwickelten die Angiospermen eine Reihe von Methoden zur Nahrungsversorgung, wie etwa Oleosomen (an den Samen befestigte Strukturen, die Zucker, Proteine, Lipide usw. enthalten) und extraflorale Nektarien (Nektardrüsen, die an den Nahrungsorganen der Pflanzen wie jungen Stängeln, Blättern und Blütenstielen wachsen), die wichtige Faktoren für den Einfluss der Angiospermen auf die Evolution der Ameisen sein könnten.

Koevolution von Ameisen und Pflanzennektarien

Manche Pflanzen gehen eine symbiotische Beziehung mit Ameisen ein und nutzen Honigtau als Belohnung. Der Honigtau, von dem wir hier sprechen, unterscheidet sich vom Nektar, der die Bestäubung fördert. Damit ist normalerweise der Honigtau gemeint, der von den Nektardrüsen außerhalb der Blüten abgesondert wird, Ameisen anlocken und dem Nagen von Pflanzenfressern widerstehen kann. Der Literatur zufolge sind extraflorale Nektarien bei fast 4.000 Arten von Blütenpflanzen weit verbreitet.

Unter den Farnen gibt es einige Arten, die eine Vielzahl extrafloraler Nektarien besitzen . Die Zusammensetzung des von diesen Nektarien abgesonderten Nektars ähnelt möglicherweise der von Angiospermen und enthält Monosaccharide, Polysaccharide, Aminosäuren usw.

Vielfältige Nektarien der Farne

(Bildquelle: Referenz 10)

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Interaktionen zwischen Pflanzen und Pflanzenfressern die Evolutionsentwicklung beeinflussen. Einige Pflanzen haben eine indirekte Verteidigungsstrategie entwickelt, bei der sie Ameisen mit Honigtau bestechen und die Ameisen, die den Honigtau erhalten, als Leibwächter der Pflanzen fungieren.

Diese Ameisen anlockenden Nektarien entstanden während der Kreidezeit sowohl in Farnen als auch in Bedecktsamern, zeitgleich mit der Entstehung der Ameisen bewohnenden Pflanzen, und entwickelten sich sowohl in Farnen als auch in Bedecktsamern gemeinsam. Als die Farne vom Waldboden in die Baumkronen wechselten, rekrutierten sie erneut Ameisen aus dem bestehenden Ameisen-Bedecktsamer-System als Leibwächter.

Zu den Farnen, die in Symbiose mit Ameisen leben, gehören Platycerium, Lecanopteris und Microgramma aus der Familie der Polypodiaceae.

Ameisen und Geweihfarn-Symbiose

In den letzten Jahren erfreuen sich Geweihfarnpflanzen aufgrund ihres extrem hohen Zierwerts bei immer mehr Pflanzenliebhabern großer Beliebtheit. Das Hauptmerkmal dieser Pflanzengattung sind die dimorphen Blätter, die in vegetative Blätter (sterile Blätter, Humusblätter) und reproduktive Blätter (fertile Blätter, Sporenblätter) unterteilt werden. Die Basis der Nährblätter ist dachziegelförmig und oft am Stamm oder an den Ästen befestigt. Einige der handelsüblichen Blätter haben die Form von Vogelnestern und können Humus und Regen aufnehmen. Wenn die Fortpflanzungsblätter ausgewachsen sind, können auf der Rückseite Sporen zur Fortpflanzung wachsen. Da sie meist eine geweihförmige Gestalt haben, werden sie auch „Geweihfarn“ genannt.

Geweihfarn

(Bildnachweis: Foto vom Autor aufgenommen)

Vegetative Blätter des Geweihfarns

(Bildnachweis: Foto vom Autor aufgenommen)

Epiphytische Geweihfarnpflanzen auf Bäumen und Ästen koexistieren manchmal mit Ameisen, wie zum Beispiel der Malayische Geweihfarn Platycerium ridleyi Christ. In seinen nährstoffreichen Blättern können Ameisen Nester bauen. Die erhabenen Blattadern der Nährstoffblätter dienen den Ameisen als Laufwege. Manchmal erscheinen Löcher auf der Oberfläche der Blätter. Dabei kann es sich auch um Gänge handeln, die Ameisen gegraben haben, um den Ein- und Ausgang zu erleichtern.

Im Gegenzug können Ameisen als Leibwächter fungieren und dem Malayischen Geweihfarn dabei helfen, das Auftreten von Krankheiten und Schädlingen zu reduzieren. Darüber hinaus können sie den bei der Fütterung und Zucht entstehenden Humus als Nährstoff für den Malayischen Geweihfarn nutzen.

Symbiose zwischen Ameisen und Myrmecophaga

Pflanzen der Gattung Anthurium haben hohle, geschwollene Rhizome und die Form der Rhizome verschiedener Arten variiert. Ihre Rhizome sind meist verzweigt, und die Fortsätze an der Spitze der Zweige werden „Blattfüße“ genannt, aus denen die Blätter wachsen.

Im symbiotischen System beherbergen Ameisen der Gattungen Iridomyrmex und Crematogaster die vergrößerten Rhizome der Gattung Crematogaster. Zu diesem Zeitpunkt lockt die Gattung Crematogaster die Ameisen nicht mehr mit Nahrung, sondern bietet ihnen ein sicheres „Zuhause“. Die Ameisen können die Farne über Kot oder Futterreste mit Nährstoffen versorgen und außerdem als Leibwächter fungieren, um der Gattung Crematogaster bei der Abwehr von Schädlingen zu helfen, wodurch für beide Seiten eine Win-Win-Situation entsteht.

Ameisenfarn-Rhizom

(Bildquelle: PlantSystematics.org)

Ameisen- und Pteris-Symbiose

Noch interessanter ist die symbiotische Beziehung zwischen der Gattung Pteris und Ameisen. Sie bieten Ameisen nicht direkt ein Zuhause. Die einzigen Orte, an denen Ameisen leben können, sind alte Häuser, die von anderen Insekten hinterlassen wurden.

Durch die Untersuchung der durch Schmetterlinge (Lepidoptera) induzierten Ameisenflorasukzession in den Stammgallen von Microgramma squamulosa (Kaulf.) de la Sota fanden Forscher heraus, dass die Insekten, die die Stammgallen von Microgramma squamulosa (Kaulf.) de la Sota parasitieren, diese nach Erreichen der Reife von selbst verlassen und dabei Löcher auf der Oberfläche der Gallen hinterlassen.

Diese Gallen werden von anderen Insekten als Unterschlupf und Nistplatz wiederverwendet. Die am häufigsten vorkommende Insektenart sind die Baumameisen. Unter den 49 im Experiment gesammelten Gallen stellte sich heraus, dass insgesamt 6 Ameisenarten erfolgreich in den gebrauchten Gallenhäusern gelebt hatten.

Parasit auf der Stammgalle von Pteris multiscally

Oben links: Stammgalle; Oben rechts: Kleines Schmetterlingsgallinsekt sondert Galle ab;

Unten links: Querschnitt einer Stammgalle, in der Ameisen leben. Unten rechts: Das Loch, das eine Stängelgalle hinterlassen hat.

(Bildquelle: Referenz 9)

Wenn Ameisen, die auf diesen Farnen leben, beim Fressen von Honigtau oder bei der Abwehr von Schädlingen auf reife Sporen stoßen, können sie diesen Farnen dabei helfen, die Verbreitung der Sporen abzuschließen.

Ameisen- und Bakteriensymbiose

Während des Prozesses der mutualistischen Symbiose und Koevolution zwischen Ameisen und Pflanzen helfen die verschiedenen Begleitbakterien im Ameisennest der Ameisenkolonie auch dabei, widrigen Bedingungen wie Krankheiten und Stickstoffmangel zu widerstehen, was für die Entwicklung der Ameisenkolonie von entscheidender Bedeutung ist. Daher wird die Ameisen-Bakterien-Symbiose auch als notwendige Voraussetzung dafür angesehen, dass sich Ameisen im Blätterdach tropischer Regenwälder ansiedeln können.

Koevolution von Ameisen und Pflanzenbestäubung

Bisher wurden nur wenige Pflanzen entdeckt, die von Ameisen bestäubt werden, und die Rolle der Ameisenbestäubung wird möglicherweise unterschätzt. Die meisten Menschen glauben, dass Ameisen in den meisten Fällen nicht fliegen können, keine großen Mengen Pollen transportieren können und dass ihre eigenen Sekrete die Pollenvitalität verringern usw. Dies sind Faktoren, die die Seltenheit von Pflanzen beeinflussen, die von Ameisen bestäubt werden.

Wir haben jedoch die Größe der Ameisenfamilie und die langfristige symbiotische Beziehung zwischen Ameisen und Pflanzen übersehen. Möglicherweise haben sich einige Pflanzen so entwickelt, dass sie sich an Ameisen anpassen , aber unsere derzeitigen Forschungsergebnisse reichen dafür nicht aus. Wenn wir nach Informationen zur Bestäubung durch Ameisen suchen, sind Orchideen die am häufigsten vorkommenden Pflanzen. Es scheint, dass Orchideen für die Bestäubung durch Ameisen besser geeignet sind. Wir werden dies anhand mehrerer klassischer Fälle der Bestäubung durch Ameisenorchideen veranschaulichen.

In Südaustralien gibt es eine Kaninchenorchidee, Leporella fimbriata (Lindl.) ASGeorge. Wenn die Blütezeit erreicht ist, imitiert die Blütenlippe das Aussehen einer einheimischen Ameisenweibchen und lockt dadurch geflügelte Ameisenmännchen auf dem Paarungsflug an, die sich mit ihr paaren. Während des Scheinbegattungsprozesses der männlichen Ameise hilft sie der kleinen Kaninchenorchidee, die Bestäubung abzuschließen.

Um eine Bestäubung zu erreichen, haben sich die geografische Verteilung der Kaninchenorchidee und der männlichen Ameisen sowie die Blütezeit der Kaninchenorchidee und die Hochzeitsflugzeit der männlichen Ameisen so entwickelt, dass sie konsistent sind. Die Kaninchenorchidee gibt während ihrer Blütezeit spezifische Pheromone ab und hat außerdem eine einzigartige Blütenform entwickelt, um geflügelte männliche Ameisen anzulocken. Durch die koordinierte Evolution der beiden ist eine solche klassische Ameisenbestäubungsmethode entstanden.

Kleine Kaninchenorchidee

(Bildquelle: Seeds of South Australia)

Bei einer anderen Orchidee, die ebenfalls in Australien verbreitet ist, nämlich Microtis parviflora R.Br., handelt es sich um eine einheimische flügellose Arbeiterameise als wirksamen Bestäuber, und möglicherweise ist sie sogar der einzige Bestäuber.

Während des Bestäubungsprozesses verringern die von den Ameisen selbst abgesonderten Antibiotika möglicherweise die Überlebensrate des Pollens erheblich. Wenn diese Ameisen Orchideenpollen tragen, ist ihr Körper daher durch einen kurzen Stiel mit dem Pollen verbunden. Dadurch wird der direkte Kontakt zwischen der Antibiotika absondernden Thymusdrüse der Ameise und dem Pollen verhindert und eine erfolgreiche Bestäubung sichergestellt.

Ameisenbestäubung von Allium microphyllum

P: Pollen; St: kurzer Stiel; V: klebrige Scheibe

(Bildquelle: Referenz 8)

Chinesische Forscher haben herausgefunden, dass Ameisen die Hauptbestäuber der alpinen Vogelnest-Orchidee Neotia listeroides Lindl sind. und die bunte Orchidee Neotia puberula var. maculata (Tang & FTWang) SCChen, SWGale & PJCribb.

Wenn sie sich von Blütennektar ernähren, bleiben die Pollenbälle durch die Bewegung ihres Kopfes haften und helfen den Blüten so, die Bestäubung abzuschließen. Interessanterweise bewegt sich das Rostrum (der zungenartige Vorsprung an der Vorderseite der Blütensäule einer Orchidee), wenn eine Ameise an einem Pollenball klebt, sofort nach unten, um die Narbe zu bedecken, und hebt sich einige Stunden später wieder an. Dadurch wird wirksam verhindert, dass Pollen auf die eigene Narbe gelangt und es kommt zu keiner Selbstbestäubung.

Alpenvogelnest-Orchidee

(Fotoquelle: RangerLantern Wang Hanchen)

Obwohl Ameisen auch bei der Bestäubung helfen, unterscheidet sich Cleisocentron malipoense (ZJLiu & LJChen) R.Rice, das im Gaoligong-Berg wächst, von der alpinen Vogelnest-Orchidee und der Orchidee mit bunten Blättern. Mit Hilfe der Baumameisen kommt es bei Xinqi-Orchideen selten zu einer Fremdbestäubung, sie sind hauptsächlich auf Selbstbestäubung oder Fremdbestäubung derselben Pflanze angewiesen.

Xin Qilan

(Bildquelle: OrchidRoots)

Es ist eine unbestreitbare Tatsache, dass die Ausscheidungen der Ameisen die Vitalität des Pollens verringern. Im Laufe ihres Lebens scheiden Ameisen Antibiotika über spezielle Drüsen an ihrem Körper aus. Diese Antibiotika können zur Behandlung eigener Wunden eingesetzt werden oder um beim Pilzanbau das Auftreten von Pflanzenkrankheiten wie Pilzen oder Krankheitserregern zu hemmen. Allerdings zerstören sie die Pollenkörner und führen zu einem Fehlschlag der Bestäubung.

Ameisen und Bienen bestäuben die Gattung Cigarette

(Bildquelle: Referenz 4)

Nach einer langen Phase der Koevolution ist der Pollen der in Australien vorkommenden Conospermum-Pflanzen jedoch in der Lage, den Schäden durch Ameisenantibiotika wirksam zu widerstehen. Dadurch können Ameisen und einheimische Bienen gemeinsam an der Bestäubung teilnehmen und eine für beide Seiten vorteilhafte symbiotische Bestäubungsbeziehung mit den Ameisen aufbauen, wodurch die Bestäubungsrate weiter sichergestellt wird.

Kleines Mädchen beobachtet Ameisen

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Zusammenfassen

Obwohl Ameisen klein sind, stellen sie in der Natur eine wichtige biologische Gruppe dar und spielen im Ökosystem eine sehr wichtige Rolle. Es gibt noch viele ungelöste Rätsel, die darauf warten, von uns entdeckt und erforscht zu werden, insbesondere die Wechselwirkungen zwischen Ameisen, Pflanzen und anderen Organismen. Kommen wir der Natur nahe, nähern wir uns den Pflanzen und Bäumen um uns herum, betrachten wir alle Dinge in der Natur mit einem Auge der Entdeckung und erkunden wir die Schönheit und Magie der Natur.

Quellen:

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