The molecular basis of behavioural and life-history strategies and parasite-host coevolution in ants
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Abstract
In fluktuierenden, aber vorhersehbaren Umgebungen stellt die phänotypische Plastizität eine wichtige Strategie für einen Organismus dar, um sich an diese Schwankungen anzupassen. In Kolonien sozialer Insekten kann Plastizität, insbesondere bei Verhaltensmerkmalen, das Überleben einer Kolonie sicherstellen, wenn sich das soziale Umfeld ändert. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn eine Königin oder ein großer Teil der Arbeiterinnen verloren geht oder wenn eine Kolonie von Parasiten befallen wird. Phänotypische Plastizität kann zwar zur erfolgreichen Abwehr von Parasiten beitragen, sie kann aber auch von Parasiten zu ihrem eigenen Vorteil ausgenutzt werden.
In der folgenden Dissertation untersuche ich am Beispiel von Ameisen der Gattung Temnothorax den Einfluss des sozialen Umfelds auf die Genexpression, insbesondere im Gehirn, dem Zentrum der Verhaltenskontrolle. Darüber hinaus nutze ich vergleichende Transkriptomanalysen, um zu klären, ob phänotypische Plastizität eine treibende Kraft in der Evolution des Sozialparasitismus bei Ameisen sein könnte und ob Endoparasiten in der Lage sind, die Genexpression von plastischen, kastenspezifischen Gene zu verändern, um deren Übertragung zu erleichtern.
Meine Arbeit zeigt, dass experimentelle Manipulationen des sozialen Umfelds nicht nur das Verhalten, sondern vor allem die Genexpression im Gehirn beeinflussen, und dass die Funktion dieser Gene Aufschluss über andere biologische Merkmale, einschließlich Veränderungen der Immunität, geben kann (Kapitel 1 und 2). Ebenso wirkte sich die Anwesenheit sozialer Parasiten sowohl auf der Populations- als auch auf Kolonieebene spezifisch auf das Transkriptom des Arbeiterinnengehirns aus, was zeigt, dass es den Parasiten nicht vollständig gelingt, ihre Wirte zu täuschen (Kapitel 4 und 5). Als Nächstes untersuchte ich, ob Sozialparasiten und ihre Wirte homologe Gene für dieselben Verhaltensweisen, Kasten, Geschlechter und Entwicklungsstadien
Zusammenfassung
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verwenden, was die Evolution des Sozialparasitismus vermutlich erleichtert hätte (Kapitel 3, 6 und 7). Meine Ergebnisse legen nahe, dass vergleichbaren Phänotypen von Sozialparasiten und ihren Wirten trotz ihrer engen phylogenetischen Verwandtschaft unterschiedliche Gene zugrunde liegen. Schließlich zeige ich in Kapitel 8, dass die verlängerte Lebensdauer von Temnothorax-Ameisen, die mit einer Bandwurmzestode infiziert sind, nicht durch die Expression von Genen mit plastischer Expression zustande kommt, die typischerweise in Königinnen überexprimiert werden. Insgesamt zeigen meine Ergebnisse, dass sich Verhaltensplastizität als Reaktion auf Veränderungen in der sozialen Umwelt direkt in der Genexpression widerspiegelt und dass die hier untersuchten Parasiten jedoch diese Plastizität ihrer Wirte nicht zu nutzen scheinen.