Molecular and physiological regulation of lifespan, ageing and division of labour in social insects
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Abstract
Im Zentrum dieser Dissertation steht die Frage, inwiefern Reproduktion und soziale Umwelt die Lebensdauer von Ameisen beeinflussen und welche Bedeutung dabei das reproduktive Potenzial der Arbeiterinnen hat. Hierzu wurden vier Ameisenarten mit stark divergierenden Sozial- und Fortpflanzungssystemen untersucht. Mithilfe experimenteller Manipulationen der Königinnenanzahl und der Reproduktionsaktivität sowie durch vergleichende Analysen von Überleben, Ovarentwicklung, oxidativer Stressresistenz und Genexpression konnten kausale Zusammenhänge zwischen Reproduktion, Physiologie und Lebensdauer aufgezeigt werden. In Kapitel 1 wird am Beispiel der hochpolygynen, invasiven Ameise Tapinoma magnum untersucht, wie die Königinnenanzahl das Überleben, die Reproduktion und die Physiologie von Arbeiterinnen beeinflusst. Arbeiterinnen lebten am längsten in Kolonien mit einer Königin, während königinnenlose Arbeiterinnen die höchste Mortalität aufwiesen. Unterschiede in oxidativer Stressresistenz und Genexpression waren jedoch stärker mit der Arbeitsteilung (Nest- versus Außenarbeiterinnen) als mit der Königinnenanzahl verknüpft. Königinnen zeigten über verschiedene Altersstufen hinweg eine ausgeprägte physiologische Stabilität. In Kapitel 2 wird die klonale Räuberameise Ooceraea biroi genutzt, um den kausalen Zusammenhang zwischen Reproduktion und Lebensdauer experimentell zu testen. Durch gezielte Unterdrückung der Reproduktion konnte gezeigt werden, dass nicht-reproduktive Arbeiterinnen eine verkürzte Lebensdauer aufweisen, während kontinuierliche oder zyklische Reproduktion mit erhöhter Überlebenswahrscheinlichkeit einhergeht. Reproduktive Arbeiterinnen zeigten zudem eine verstärkte Expression von Genen, die mit antioxidativem Schutz, Immunfunktion und DNA-Reparatur assoziiert sind, was einen direkten Nachweis für die Umkehr des klassischen „Longevity/Fecundity“-Trade-offs liefert. Kapitel 3 untersucht die Auswirkungen des Königinnenverlusts in der Ameise Messor capitatus, einer Art mit potenziell totipotenten Arbeiterinnen. Obwohl der Königinnenverlust zu einer Aktivierung der Ovarien führte, resultierte dies nicht konsistent in einer erhöhten Lebensdauer. Stattdessen erwies sich die Koloniegröße als entscheidender Faktor für das Überleben, was auf kontextabhängige Grenzen lebensverlängernder Effekte von Reproduktion hinweist. In Kapitel 4 wird mit Hypoponera opacior eine Art mit obligat sterilen Arbeiterinnen untersucht. Hier zeigte sich kein Effekt der Königinnenabwesenheit auf die Lebensdauer der Arbeiterinnen, was darauf hindeutet, dass reproduktives Potenzial eine zentrale Voraussetzung für lebensverlängernde Effekte nach Königinnenverlust ist. Kapitel 5 befasst sich mit der genetischen Grundlage alternativer reproduktiver Strategien in H. opacior. Genomische Analysen lieferten keine Hinweise auf eine supergenbasierte Fixierung, sondern sprechen für eine plastische, umweltabhängige Regulation der Reproduktionsmorphologie.
Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass Altern und Lebensdauer in Ameisen maßgeblich durch das Zusammenspiel von sozialer Organisation, reproduktivem Status und physiologischer Plastizität bestimmt werden. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Auflösung des klassischen Trade-offs zwischen Reproduktion und Langlebigkeit möglich ist, wenn Reproduktion in einen sozial geschützten Kontext eingebettet ist, und liefern neue Einblicke in die evolutionären und mechanistischen Grundlagen des Alterns.