Angesichts der Umweltherausforderungen gelingt es einer Ameisenart besser, Nahrung anzubauen, und eine afrikanische Wespenart könnte kooperativer werden.
Mit Stirnlampen und Pinzette bewaffnet verbrachten der amerikanische Evolutionsökologe Jonathan Shik und sein Team mehr als 100 Stunden damit, auf dem Boden eines Tropenwaldes in Panama zu liegen und Blattschneiderameisen bei ihrer Arbeit zu beobachten.
Zunächst wollten die Forscher etwas über die Nahrungssuche und Vorlieben der Ameisen erfahren. Dann entnahmen sie mit der Pinzette kleine Pflanzenstücke aus den Kiefern der Ameisen und steckten sie in speziell gekennzeichnete „Beweisbeutel“.
Kleine Bauern
Diese mühsam langsame Feldarbeit war erforderlich, um eines der Rätsel über Ameisen zu lösen: Wie haben sich diese Insekten mit winzigem Gehirn zu äußerst erfolgreichen Landwirten in einer sich ständig verändernden Umgebung entwickelt?
„Ameisen haben die Landwirtschaft allein durch natürliche Selektion entwickelt, ohne die Vorteile von Technologie oder Kultur“, sagte Shik, der ein Team von der Universität Kopenhagen in Dänemark und dem Smithsonian Tropical Research Institute in Panama leitete. „Ameisen haben sich in den 60 Millionen Jahren des globalen Klimawandels gut entwickelt. Der Mensch betreibt erst seit 10.000 Jahren Landwirtschaft und die Nachhaltigkeit unserer Systeme ist gefährdet.“
Es gibt Dutzende Arten von Blattschneiderameisen, und alle ernten frische Vegetationsstücke und wählen sorgfältig aus vielen Pflanzenarten aus.
Zurück im Nest verarbeiten sie das gesammelte Pflanzenmaterial zu einer Art Kompost und züchten daraus ihren eigenen domestizierten Pilz. Dies wiederum wird zu einer Nahrung, die Ameisen fressen.
Das Verhalten ähnelt den landwirtschaftlichen Praktiken der Menschheit. Doch während die menschliche Landwirtschaft mit den Klimaschwankungen zu kämpfen hat, schaffen es Blattschneiderameisen, ihre Pilznahrung in einer Reihe von Umgebungen anzubauen, von Argentinien bis zum US-Bundesstaat Texas.
Um diese Widerstandsfähigkeit der Landwirtschaft zu verstehen, führten Shik und sein Team im Rahmen eines fünfjährigen EU-Projekts namens „ ERHEBEN. Die Initiative lief von Februar 2018 bis Januar 2023.
Pilzschwerpunkt
„Diese Pilzpflanze hat einen bestimmten Nährstoffbedarf an Komponenten wie Stickstoff, Phosphor und Kalzium. Daher war es ein wichtiger Teil der Forschung herauszufinden, wie die Ameisen bei Hunderten von Baumarten in einem Regenwald die richtige Ernährung für ihre Pilze auswählen“, sagte Shik.
Vor Ort sammelten Wissenschaftler zur Analyse auch Proben der Pilzernte aus unterirdischen Ameisennestern.
„Diese Pilzbällchen, die kleinen Gehirnen ähneln, konnten in den kleinen höhlenartigen Kammern tief im Inneren der Nester gefunden werden“, sagte Shik. „Normalerweise haben wir zum vorsichtigen Entfernen von Kleinteilen einen Löffel verwendet.“
Zurück im Labor der Universität Kopenhagen richtete das Team rund 150 künstliche Ameisenkolonien ein, die in speziellen Klimakammern unterschiedliche Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten nachahmten. Die Forscher entwickelten Nährstoffkombinationen, die Ameisen sammeln und zu diesen künstlichen Nestern transportieren können.
Durch die Analyse der erzeugten Pilzkulturen konnte das Team verstehen, welche Nährstoffmischungen für die Pilze optimal sind. Die Ergebnisse des Labors stimmten mit einer Kombination von Nährstoffen überein, die die Ameisen im panamaischen Wald sammeln.
„Wir haben zum Beispiel gesehen, dass zu viel Protein in der Nahrung giftig für den Pilz ist“, sagte Shik. „Als wir den Ameisen im Labor proteinreiche Nahrung anboten, ließen sie lieber ihren Pilzgarten verhungern, als diese Nährstoffe zurück ins Nest zu bringen.“
Caterpillar-Unterstützung
Sie untersuchten auch, wie sich diese Symbiose im Laufe der Zeit entwickelte.
Im Vergleich zu ihren primitiveren Vorfahren züchten Blattschneiderameisen nährstoffreichere Pilze. Ihre Kulturpflanze hat jedoch spezifischere Ernährungsbedürfnisse entwickelt und ist zunehmend auf Bauernameisen angewiesen, um für die richtigen Wachstumsbedingungen zu sorgen.
Die wichtigsten Ergebnisse des Projekts wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Naturökologie und Evolutionund die unerwarteten Entdeckungen inspirieren zu weiterer Forschung.
Beispielsweise versucht das Team nun herauszufinden, warum einige Pilzameisen Exkremente von Raupen verwenden, um ihre Ernte zu düngen.
Die Forscher vermuten, dass einige Blätter im Regenwald giftige Chemikalien enthalten, die durch die Verdauung einer Raupe entfernt werden.
Nicht-Stammeswespen
In Afrika ist eine andere Insektenart gezwungen, ihr Sozialverhalten an Klimaschwankungen anzupassen.
Der englische Biologe Patrick Kennedy von der Universität Bristol im Vereinigten Königreich hat die letzten zwei Jahre in verschiedenen afrikanischen Landschaften verbracht, um herauszufinden, ob Klimaunterschiede zu altruistischerem Verhalten bei Wespen führen.
In der Tierwelt helfen Individuen typischerweise Verwandten mit denselben Genen. Einige neuere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass in gemäßigten Zonen – Orten wie Europa mit ausgeprägten saisonalen Winter- und Sommerwechseln – nicht verwandte Wespen häufiger zusammenarbeiten als diejenigen, die in den Tropen leben.
Forscher gehen davon aus, dass Wespen in gemäßigten Zonen im Winter zum Winterschlaf gezwungen werden und dass sie nach Ende des Winterschlafs häufiger den Kontakt zu ihren nahen Verwandten verlieren. Um zu überleben und zu gedeihen, haben die Wespen keine andere Wahl, als mit Individuen zusammenzuarbeiten, die nicht unbedingt die gleichen Gene haben.
Dieses Verhalten scheint in tropischen Gebieten, in denen Wespen das ganze Jahr über Nester bauen können, seltener vorzukommen.
Durch ein Projekt namens WaspCLIMKennedy hat das Sozialverhalten einer afrikanischen Wespenart erforscht, die unter den unterschiedlichsten klimatischen Bedingungen vorkommt. Die Initiative startete im Januar 2021 und läuft bis Ende dieses Jahres.
Kennedy führte gemeinsam mit afrikanischen Wissenschaftlern Feldexperimente im tropischen Kamerun und im klimatisch vielfältigeren Südafrika durch, wo die Temperaturen im Winter auf bis zu 15 °C sinken können. Der Gruppe gehörten Experten der Universitäten Yaounde und Douala in Kamerun an.
Flügel und Stacheln
Im Feld markierten die Wissenschaftler Hunderte Wespen mit unterschiedlichen Farbsystemen. Sie brachten zwischen einem und drei Punkten auf dem linken Flügel als Code für ein bestimmtes Nest an, während eine Markierung auf dem rechten Flügel auf ein bestimmtes Individuum hinwies.
Für eine DNA-Probe entnahmen sie außerdem ein kleines Stück aus einem Wespenbein.
„Normalerweise nehmen wir die Wespe einzeln mit einer Pinzette aus dem Nest und tragen Gummihandschuhe“, sagte Kennedy. „Man muss sehr aufpassen, dass man sie nicht stört, aber wir werden trotzdem ziemlich häufig gestochen.“
Als alles klar war, boten die Forscher den Wespen die Möglichkeit, entweder zusammenzuarbeiten oder auf eine Zusammenarbeit zu verzichten. Das bedeutete, entweder ein eigenes Nest zu bauen oder als Untergebene in einem anderen zu agieren, während ihre Verhaltensentscheidungen mit Forschungskameras verfolgt wurden.
Lokale Neugier
Die Experimente erregten oft die Aufmerksamkeit neugieriger Einheimischer.
In einem Dorf in der Ostregion Kameruns wandte sich ein Mann an Kennedy und bat ihn um Hilfe bei der Entfernung von Wespen aus dem Haus seiner Großmutter. Als Kennedy dort ankam, bekam er mehr, als er erwartet hatte.
„In Kamerun gelten Wespen als Abwehrmittel gegen Hexen“, sagte Kennedy. „Die Großmutter ließ sich hinreißen und hatte am Ende mehr als 20 Wespennester im Haus.“
Was sich als Win-Win-Ergebnis herausstellte, war, dass er die Nester freudig entfernte und sie für Forschungszwecke nutzte.
Wespen seien besonders interessante Insekten, weil ihr Verhalten im Gegensatz zu braven Bienen eher dem von Menschen ähnelt, so Kennedy. Wespennester zum Beispiel sind voller Familiendramen, Verrat und Machtkämpfen.
Allerdings können Wespen auch für den Menschen sehr nützlich sein.
„Die Wissenschaft hat gezeigt, dass klimatische Faktoren die Zusammenarbeit der Tiere beeinflussen“, sagte Kennedy. „Wespen sind perfekte Fenster dafür, wie das geschieht.“
Das Team erforscht, was die Entscheidungen von Wespen beeinflusst, und versucht, sie als potenzielle Verbündete im Kampf gegen Pflanzenschädlinge in Afrika zu nutzen.