Die Kastendetermination der Hügelbauenden Waldameisen
Inhalt:
1. Einleitung - die Geschlechtsbestimmung
2. Der Ei-Typ entscheidet: Was sind "Polplasmaeier"?
3. Die genetische Grundlage und der Einfluss der Nesttemperatur
4. Die Rolle der Ernährung
5. Der Pheromontrick: Die "physiologische Weisellosigkeit"
6. Zusammenfassung
1. Einleitung - die Geschlechtsbestimmung
Das haploide System der Ameisen unterscheidet sich grundlegend von der Geschlechtsbestimmung, wie wir sie von uns Menschen kennen. Bei uns wird das Geschlecht über eine spezielle Kombination von Geschlechtschromosomen festgelegt.
Dabei bestimmt der Vater das Geschlecht. Da Frauen nur X-Chromosomen weitergeben können, entscheidet das Spermium des Vaters: Bringt es ein X-Chromosom, wird es ein Mädchen (XX); bringt es ein Y-Chromosom, wird es ein Junge (XY). Mann und Frau haben immer gleich viele Chromosomen (2 x 23 = 46).
Die überwiegende Mehrheit aller Insektenarten (wie Fliegen, Schmetterlinge, Käfer oder Heuschrecken) nutzt - genau wie wir Menschen - diese Art der Geschlechtsbestimmung, bei der sowohl Männchen als auch Weibchen einen doppelten (diploiden) Chromosomensatz besitzen.
Anders ist es bei der Haplodiploidie. Dieses spezielle System der Geschlechtsbestimmung basiert darauf, wie viele Chromosomensätze ein Tier besitzt. Einfach ausgedrückt entscheidet die Befruchtung des Eies (ja oder nein) darüber, ob ein Männchen oder ein Weibchen entsteht. Diese Art der Geschlechtsbestimmung findet sich bei der Insektenordnung der Hautflügler (Hymenoptera), die über 150.000 beschriebene Arten umfasst. Sie kommt aber auch sporadisch in anderen Gruppen vor.
Zu den Hautflüglern gehören:Zu den Hautflüglern gehören:
- Ameisen (alle Arten, nicht nur die Waldameisen)
- Bienen (z. B. Honigbienen, Hummeln, Wildbienen)
- Wespen (z. B. Hornissen, Echte Wespen, Faltenwespen)
- Schlupfwespen und Gallwespen (viele davon leben solitär, also nicht in Staaten, nutzen aber denselben genetischen Mechanismus)
Daneben gibt es im Tierreich noch andere Fortpflanzungsarten, auf die hier aber nicht näher eingegangen werden soll.
2. Der Ei-Typ entscheidet: Was sind "Polplasmaeier"?
Bereits im Eierstock der Mutterkönigin entscheidet sich, ob aus einem weiblichen Ei eine Arbeiterin oder eine Königin wird. Dieser Vorgang wird als blastogene Determination (Prädisposition im Ei) bezeichnet.
Allgemein haben die Eier der Roten Waldameise folgende Merkmale:
- Form: Sie sind langgestreckt walzenförmig bis schwach elliptisch
- Hülle: Das Ei wird von einer dünnen, chitinigen Hülle, dem sogenannten Chorion, umgeben.
- Größenbereich: Die Länge variiert insgesamt zwischen 0,61 und 0,73 mm.
Dabei legen die Königinnen der Waldameisen im Laufe des Jahres zwei verschiedene Typen von Eiern.
Wintereier (mit Polplasma)Wintereier (mit Polplasma)
Direkt nach der Überwinterung im zeitigen Frühjahr legen die Altköniginnen Wintereier, die auch als Polplasmaeier bezeichnet werden.
- Diese Eier sind deutlich größer als die späteren Sommereier.
- Das Besondere: Sie enthalten am hinteren Eipol ein sehr nährstoff- und ribonukleinsäurereiches (RNS-reiches) Polplasma.
- Nur aus diesen Eiern können sich neue Königinnen entwickeln! Das Polplasma liefert die biochemischen Bausteine und Hormone (wie das Juvenilhormon), die für die spätere Entwicklung von Fortpflanzungsorganen und Flügeln notwendig sind.
Sommereier (ohne Polplasma)
Im späteren Frühjahr und Sommer legt die Königin nur noch Sommereier. Diesen fehlt das reichhaltige Polplasma. Aus ihnen können sich - egal wie gut sie gefüttert werden - nur noch Arbeiterinnen entwickeln.
3. Die genetische Grundlage und der Einfluss der Nesttemperatur
Wir haben gelernt, dass sich nur aus Wintereiern Geschlechtstiere entwickeln können. Doch was regelt, welches Geschlecht sie haben?
Der erste Schritt ist rein genetisch und funktioniert über die Befruchtung der Eier, wodurch wir wieder bei der eingangs erwähnten Haplodiploidie wären.
Befruchtete Eier (diploid):
- Der Mechanismus: Wenn ein Ei die Samentasche passiert und von einem Spermium befruchtet wird, verschmelzen der haploide Chromosomensatz des Eies und der haploide Chromosomensatz des Spermiums.
- Das Ergebnis: Es entsteht eine diploide Zygote (doppelter Chromosomensatz).
- Die Kaste: Aus diesen Eiern entwickeln sich immer Weibchen. Da Arbeiterinnen und Königinnen genetisch identisch sind (beide sind diploid), entscheiden erst die Umweltfaktoren (Polplasma, Nahrung, Temperatur) darüber, ob daraus eine fleißige Arbeiterin oder eine fruchtbare Jungkönigin entsteht.
Unbefruchtete Eier (haploid):
- Der Mechanismus: Die Königin legt ein Ei, ohne es mit einem Spermium in Kontakt zu bringen. Das Ei bleibt unbefruchtet. Die Larve entwickelt sich allein aus den genetischen Informationen der Mutter (eine Form der Jungfernzeugung oder Parthenogenese).
- Das Ergebnis: Es entsteht ein haploider Organismus (einfacher Chromosomensatz).
- Die Kaste: Aus diesen Eiern entwickeln sich immer Männchen (Drohnen).
- Da im System der Haplodiploidie Drohnen aus unbefruchteten Eiern entstehen, besitzen diese genetisch gesehen keinen Vater und können auch niemals Söhne haben.
Hier taucht unweigerlich die Frage auf: Wann werden die Eier der Königin befruchtet und wann nicht?
Nach der Winterruhe und dem Erwachen des Nestes beginnen die Sonnungsphasen, bei denen die Königinnen den schützenden unteren Bereich des Nestes verlassen und auf dem Nest erscheinen. Anschließend verbleibt die Königin im oberen Nestbereich und beginnt mit der Legen der Wintereier.
Hierbei spielt die Temperatur des Nestes zum Zeitpunkt der Eiablage eine entscheidende Rolle. Bei einer Temperatur von etwa 15 bis 20 Grad Celsius funktioniert der Befruchtungsmechanismus im Körper der Königin noch nicht richtig, weshalb sie unbefruchtete Eier legt, aus denen später die Männchen schlüpfen.
Erwärmt sich das Nest durch eine gute Sonnenlage und entsprechende Größe jedoch auf über 20 Grad Celsius, werden die Eier befruchtet und es entstehen weibliche Tiere.
Durch diesen temperaturabhängigen Prozess entwickeln sich in der Natur zwei unterschiedliche Nesttypen sogenannte Männchen- und Weibchennester.
Weibchennester sind in der Regel groß und kräftig, und sie befinden sich häufig an Stellen, die zur Zeit der ersten Eiablage im Frühjahr gut besonnt sind und bei denen die Temperatur schnell auf über 20 °C steigt. Die Eier werden befruchtet und es wachsen geflügelte Königinnen heran.
Im Gegensatz dazu sind Männchennester oft kleiner und volksschwächer. Sie liegen an schattigen und kühlen Stellen. Die Folge ist, dass die Nesttemperatur während der kritischen Phase der Eiablage länger im Bereich zwischen 15 °C und 20 °C liegt. Die Eier bleiben unbefruchtet, sodass fast ausschließlich Männchen entstehen.
4. Die Rolle der Ernährung
Das Polplasma im Winterei ist zwar die Eintrittskarte, aber noch keine Garantie für die Entwicklung zu einer Königin oder Drohne. Damit sich aus der Larve eines Wintereis tatsächlich ein Geschlechtstier entwickelt, kommen wir zur trophogenen Determination der Kastendifferenzierung durch Nahrung. Das bedeutet, dass die Nahrung, die die Larven von den Arbeiterinnen erhalten, deren zukünftige Kaste bestimmt.
Während Larven, die sich zu Arbeiterinnen entwickeln, in der Regel lediglich hervorgewürgten Kropfinhalt erhalten, bekommen die Larven, aus denen sich die Geschlechtstiere (Königinnen und Männchen) entwickeln, eine spezielle, hochwertige Nahrung. Diese unterscheidet sich deutlich von der herkömmlichen Nahrung für Arbeiterinnenlarven. Fehlt diese Nahrung, beispielsweise wegen Nahrungsmangel, wird die Entwicklung zum Geschlechtstier abgebrochen und es entwickelt sich eine normale Arbeiterin.
Die Nahrung für die Geschlechtstierbrut und die Königin wird in den Labialdrüsen (Speicheldrüsen) der Arbeiterinnen produziert. Die Labialdrüse, die auch als Thoraxdrüse oder Zungendrüse bezeichnet wird, ist ein wichtiges Organ im Körper der Roten Waldameise.
Die Hauptaufgabe dieser Drüse besteht darin, ein spezielles Sekret zu produzieren, das unabhängig vom normalen Kropfinhalt an andere Nestmitglieder abgegeben werden kann. Dieses Drüsensekret dient in erster Linie als hochwertige Nahrung für Königinnen und Larven der Geschlechtstiere.
Obwohl der Name auf die Zunge hindeutet, befindet sich der Hauptteil der Drüse im Brustabschnitt (Thorax) der Ameise. Von dort aus zieht sich ein Ausführungsgang durch den Kopf unterhalb des Gehirns bis zur Zungenwurzel, wo das Sekret schließlich austritt.
Nach der sogenannten Frühjahrssonnung weist die Labialdrüse eine gesteigerte Funktionstätigkeit auf, die mit der Aufzucht der zukünftigen Geschlechtstiere im oberen Nestbereich zusammenfällt.
5. Der Pheromontrick: Die "physiologische Weisellosigkeit"
Eigentlich unterdrücken die Pheromone (Duftstoffe) der im Nest lebenden Altköniginnen die Entstehung neuer Konkurrentinnen. Um diesen Effekt im Frühjahr zu umgehen, nutzen Waldameisen ein logistisches Manöver.
Während die wertvolle Frühjahrsbrut in den warmen, oberen Kammern des Hügels aufgezogen wird, ziehen sich die Altköniginnen in die noch kühlen, tiefen Kammern im Erdboden zurück (oder werden von den Arbeiterinnen dorthin gebracht). Das Volk ist in den oberen Etagen somit kurzzeitig "physiologisch weisellos" - der hemmende Einfluss der Königinnen-Pheromone fehlt und der Weg für die neue Generation von Königinnen ist frei.
6. Zusammenfassung
Eine neue Ameisenkönigin entsteht also nur unter bestimmten Bedingungen: Ein befruchtetes Ei mit der richtigen biochemischen Ausstattung (Polplasma) muss im oberen Bereich des Frühjahrsnests liegen. Die geschlüpften Larven müssen ununterbrochen mit hochwertiger Nahrung von den Ammen versorgt werden. Gleichzeitig ziehen sich die Altköniginnen in den unteren Bereich des Nestes zurück. Stimmt nur einer dieser Faktoren nicht, entsteht stattdessen eine ganz normale Arbeiterin.
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Letzte Änderung am 27.05.2024 |