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Ameisen: Brutpflege ist Erfahrungssache

Temperatur während der Insekten-Entwicklung bestimmt späteres Verhalten

Eine Ameise der Art Camponotus rufipes bei der Brutpflege: Sie hat sich eine Puppe geschnappt und bringt sie an einen Ort, an dem die Temperatur für das Gedeihen der Brut besser ist. © Christoph Kleineidam

Ameisen, die im Puppenstadium kühlen Temperaturen ausgesetzt waren, handeln bei der Brutpflege anders als ihre gut mit Wärme versorgten Kolleginnen. Das zeigt: Nicht nur die Gene, auch Erfahrungen während der Entwicklung bewirken flexibles Verhalten im Insektenstaat.

Dies berichten Forscher vom Biozentrum der Universität Würzburg jetzt in der Fachzeitschrift „Current Biology“. Die neuen Erkenntnisse stammen aus Experimenten mit der südamerikanischen Ameisenart Camponotus rufipes.

Ameisenbrut gedeiht optimal bei 30 Grad

Ihren Nachwuchs zieht Camponotus rufipes in oberirdischen Nestern in mehreren Brutkammern groß. Für die Entwicklung der Tiere ist eine Temperatur um 30 Grad Celsius optimal. Wird es wärmer, schadet das der Brut – sie kann dadurch sogar zugrunde gehen.

Im Nest allerdings schwanken die Temperaturen je nach Jahres- und Tageszeit. Darum tragen die Ameisen ihren Nachwuchs immer in diejenigen Brutkammern, in denen die beste Temperatur herrscht.

Reaktionsschwelle nicht genetisch festgelegt

Bei welchen Temperaturen fangen die Ameisen aber damit an, ihre Brut umzubetten, wo liegt ihre Reaktionsschwelle? „Genetisch festgeschrieben ist diese Schwelle nicht“, sagt die Würzburger Zoologin Anja Weidenmüller. „Vielmehr hängt sie ganz klar von der Temperatur ab, der die Tiere als Puppen ausgesetzt waren.“

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Die Würzburger Zoologin hat eine Gruppe von Ameisen-Puppen bei 22 Grad Celsius gehalten, eine andere bei 32 Grad. Alle daraus geschlüpften Arbeiterinnen lebten dann bei 25 Grad Celsius in künstlichen Nestern, in denen sie Brut zu versorgen hatten.

Vier Wochen, nachdem die Ameisen geschlüpft waren, erhöhten die Forscher in einer Brutkammer die Temperatur. Als Folge dieser Manipulation begann die im Puppenstadium kühl gehaltene Gruppe deutlich früher damit, den Nachwuchs in Sicherheit zu bringen. Außerdem räumte sie die gefährdete Brutkammer in der Regel früher leer, während die bei 32 Grad gehaltenen Tiere sich mehr Zeit ließen.

Ökologischer Sinn der Verhaltensweise

Eine große Bandbreite von Reaktionen bei den Arbeiterinnen ist für die Kolonie von Vorteil. Das haben in den vergangenen Jahren mehrere Arbeitsgruppen gezeigt. Unterschiede zwischen den Arbeiterinnen bilden die Grundlage für Arbeitsteilung, eines der Merkmale, das für den großen ökologischen Erfolg sozialer Insekten hauptverantwortlich ist.

Wie es aber zu Unterschieden zwischen den Arbeiterinnen kommt, ist für die Forscher noch weitgehend unklar. Bislang machte die Wissenschaft dafür vor allem genetische Gründe geltend, sagt Weidenmüller. So paart sich die Königin eines Bienenvolkes zum Beispiel mit bis zu 30 Männchen. Außerdem durchmischt sich das Erbgut sozialer Insekten bei der Bildung der Ei- und Samenzellen viel stärker als bei anderen Insekten. Beide Vorgänge erhöhen die genetische Vielfalt und damit auch die Bandbreite der Verhaltensweisen in der Kolonie.

„Wir aber haben jetzt erstmals gezeigt, dass auch Erfahrungen, die Ameisen während ihrer individuellen Entwicklung machen, längerfristig das Verhalten modulieren und dass dies förderlich für die soziale Organisation der Kolonie sein kann“, so Weidenmüller.

Umbetten darf nicht zuviel Zeit und Energie kosten

Aus den Jahreszeiten ergibt sich eine weitere Bedeutung der Tatsache, dass Reaktionsschwellen durch die Temperatur während der Entwicklung beeinflusst werden. Im Frühling ist es oft zu kühl in den Nestern. Darum ist es sinnvoll, dass Ameisen, die unter diesen Bedingungen geschlüpft sind, schon bei relativ niedrigen Temperaturen damit anfangen, der Brut einen wärmeren Platz zu verschaffen.

Im Sommer dagegen herrschen nach Angaben der Würzburger Forscher hohe Temperaturen im Nest. Die Reaktionsschwelle der Ameisen liegt dann höher, weil sie sonst unverhältnismäßig viel Zeit und Energie ins ständige Umbetten der Brut investieren würden.

Erwachsene Ameisen lernen aus Erfahrung

Andere Experimente stellten die Forscher um Weidenmüller mit Arbeiterinnen an, die sie als Puppen bei derselben Temperatur gehalten hatten. Fünf Mal in Folge wurden die erwachsenen Tiere in einer Brutkammer steigenden Temperaturen ausgesetzt. Ergebnis: Von Mal zu Mal schaffte es die Gruppe, die Brutkammer noch flinker zu räumen.

„Beim Wegtragen der Brut wurden einzelne Tiere immer schneller – wobei die Temperatur, bei der sie die erste Puppe aufhoben, konstant blieb. Die Reaktionsschwelle änderte sich also nicht“, erklärt Weidenmüller. Das heißt: „Die Ameisen werden nicht empfindlicher gegenüber höheren Temperaturen, aber sie lernen, adäquat darauf zu reagieren.“

Flexible Reaktion auf wechselnde Temperaturen

Das Fazit der Forscher: Durch diese Mechanismen verfügt die Ameisenkolonie jederzeit über Arbeiterinnen, die in der jeweils bestmöglichen Weise auf wechselnde Temperaturen reagieren. Dagegen wäre eine genetisch festgelegte, unveränderbare Temperatur-Reaktionsschwelle die schlechtere Lösung.

(idw – Universität Würzburg, 16.11.2009 – DLO)

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