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BILD: Sowohl Arbeiterinnen als auch Königinnen (größer und mit Flügeln) sind im Bild zu sehen. mehr

Credit: Philip Gronski

Ameisen sind eine der erfolgreichsten Tiergruppen auf dem Planeten und besetzen überall von gemäßigten Böden bis zu tropischen Regenwäldern, Wüstendünen und Küchentheken. Sie sind soziale Insekten und ihre Teamfähigkeit wurde längst als einer der Schlüsselfaktoren für ihren Erfolg identifiziert. Ameisen sind bekanntermaßen in der Lage, Objekte um ein Vielfaches ihres eigenen Gewichts zu heben oder zu ziehen und diese Objekte zurück in ihre Kolonie zu transportieren. Da sich frühere Forschungen jedoch auf die sozialen Aspekte einer Ameisenkolonie konzentrierten, wurde die Betrachtung einer einzelnen Ameise etwas vernachlässigt. Forscher der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) und der Sorbonne University in Paris haben nun untersucht, warum einzelne Arbeiterameisen so stark sind, indem sie Röntgenbilder gemacht und 3D-Modelle ihres Thorax – der zentralen Einheit ihres Körpers – erstellt haben, um ihre Muskeln und ihr inneres Skelett zu analysieren. Ihre in Frontiers in Zoology veröffentlichte Studie untersucht die Hypothese, dass der Flugverlust von Arbeiterameisen direkt mit der Entwicklung größerer Stärke zusammenhängt.“Arbeiterameisen haben sich aus fliegenden Insekten entwickelt“, sagte Professor Evan Economo, der die Abteilung für Biodiversität und Biokomplexität des OIST leitet. „Wir haben immer angenommen, dass der Verlust des Fluges dazu beigetragen hat, ihre Körper für die Arbeit am Boden zu optimieren, aber wir müssen noch viel darüber lernen, wie dies erreicht wird.“

Fliegen zu können, mag ein gemeinsamer Traum der Menschen sein, aber die Realität des Fliegens ist, dass es den Körperbau stark einschränkt. Bei fliegenden Insekten nehmen die Flügelmuskeln einen Großteil des Thorax ein – manchmal mehr als 50%. Dies bedeutet, dass andere Muskeln, die verwendet werden, um den Kopf, die Beine und den Bauch zu stützen und zu bewegen, gegen das Exoskelett gedrückt und zusammengedrückt werden.

Aber sobald die Flugbeschränkungen beseitigt sind, ist der gesamte Raum im Thorax offen, was, wie die Forscher vermuteten, es den verbleibenden Muskeln ermöglichen würde, sich auszudehnen und neu zu organisieren.Frühere Forschungen auf diesem Gebiet hatten sich auf die äußere Struktur von Ameisen konzentriert, aber mit der am OIST verfügbaren Technologie konnten die Forscher ein sehr detailliertes Bild davon gewinnen, was im Inneren des Thorax vor sich ging. Ziel war es, die allgemeinen Merkmale aller Ameisen zu analysieren, anstatt sich auf die Spezialisierung bestimmter Arten zu konzentrieren. Zu diesem Zweck führten die Forscher eine detaillierte Analyse von zwei entfernt verwandten Ameisenarten durch, darunter sowohl die flügellosen Arbeiter als auch die fliegenden Königinnen, und bestätigten ihre Ergebnisse in einer breiteren Stichprobe von Arten.Sie verwendeten fortschrittliche Röntgentechnologie, um die innere und äußere Anatomie zu scannen, wie CT-Scans in einem Krankenhaus, aber mit viel höherer Auflösung. Aus diesen Scans kartierten die Forscher alle verschiedenen Muskeln und modellierten sie in 3D. Das Ergebnis war ein umfassendes Bild des Inneren des Thorax. Anschließend verglichen sie die Ergebnisse dieser beiden Arten mit einer Reihe anderer Ameisen und flügelloser Insekten.Wie vorhergesagt, fanden die Forscher heraus, dass der Verlust des Fluges eine klare Reorganisation des Thorax ermöglicht hatte. „Im Thorax der Arbeiterameise ist alles wunderbar in einem winzigen Raum integriert“, sagte der verstorbene Dr. Christian Peeters, Hauptautor dieser Arbeit, der Forschungsprofessor an der Sorbonne University war. „Die drei Muskelgruppen haben alle an Volumen zugenommen, was den Arbeiterameisen mehr Kraft und Kraft verleiht. Es hat sich auch die Geometrie der Nackenmuskulatur verändert, die den Kopf stützt und bewegt. Und die innere Befestigung der Muskeln wurde modifiziert.“Interessanterweise stellten die Forscher bei flügellosen Wespen fest, dass diese Insekten auf ganz andere Weise auf den Flugverlust reagiert hatten. Flügellose Wespen sind Einzelgänger und konsumieren Nahrung, wie sie sie finden. Andererseits sind Ameisen Teil einer Kolonie. Sie jagen oder suchen nach Nahrung, die dann für die Königin und jüngere Nestgenossen zum Nest zurückgetragen werden muss, Daher ist es sinnvoll, dass ein Auswahldruck bestand, um die Tragfähigkeit zu fördern.

Ameisen werden seit Jahrhunderten in Bezug auf ihr Verhalten, ihre Ökologie und ihre Genetik untersucht, aber die Forscher betonten, dass diese Geschichte der Stärke bisher etwas übersehen wurde. Der nächste Schritt besteht darin, detailliertere biomechanische Modelle der Funktionsweise verschiedener Muskelgruppen zu entwickeln, ähnliche Untersuchungen am Unterkiefer und an den Beinen durchzuführen und die Vielfalt zwischen Ameisenarten zu untersuchen.

„Wir interessieren uns dafür, was eine Ameise zu einer Ameise macht und die wichtigsten Innovationen hinter ihrem Erfolg zu verstehen“, erklärte Professor Economo. „Wir wissen, dass ein Faktor die soziale Struktur ist, aber diese individuelle Stärke ist ein weiterer wesentlicher Faktor.“

Zur Forschungsgruppe gehörten neben Professor Economo und Dr. Peeters auch Dr. Roberto A. Keller von der Universität Lissabon und dem OIST, Adam Khalife von der Sorbonne University und dem OIST, Dr. Georg Fischer und Julian Katzke vom OIST sowie Dr. Alexander Blanke von der Universität zu Köln.

Sehen Sie sich hier eine Animation zu dieser Arbeit an: https://vimeo.com/466442164.

Dr. Christian Peeters

Dr. Christian Peeters verstarb Anfang September 2020, kurz bevor dieses Papier veröffentlicht wurde. In seiner wissenschaftlichen Karriere, die sich über fünfunddreißig Jahre erstreckte und ihn um die Welt führte, erforschte Dr. Peeters soziale Insektengesellschaften mit Schwerpunkt auf der Entwicklung des Fortpflanzungsverhaltens von Ameisen, Koloniestrategien und morphologischen Anpassungen. Neben der Veröffentlichung einer langen Liste wissenschaftlicher Arbeiten, Dr. Peeters erstellte regelmäßig Videos, hielt Vorträge und trug zu Online-Ressourcen bei, um seine Forschung einem nichtwissenschaftlichen Publikum zugänglich zu machen. OIST würdigt Dr. Peeters bedeutende Beiträge zur Wissenschaft, seine Leidenschaft für die Entomologie und die Arbeit, die er in Zusammenarbeit mit der Biodiversity and Biocomplexity Unit geleistet hat.

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