In der Welt der Termiten, die von der Nordostprofessorin Rebeca Rosengaus untersucht wurde, verbringen Arbeitertermiten ihre wenigen kurzen Monate auf der Erde damit, ihre riesige, langlebige Königinmutter zu reinigen und zu füttern und sich um ihre Eier und ihre jungen Geschwister zu kümmern.
Da sowohl Termitenarbeiterinnen als auch Termitenköniginnen über ein Netzwerk von Genen verfügen, das Queen Central Module (QCM) genannt wird, ist es ein wenig rätselhaft, warum einige Termiten die Rolle steriler Arbeiterinnen übernehmen, während einige sich später zu fortpflanzungsaktiven Königinnen entwickeln, die sich mit Termitenkönigen paaren und jahrelang leben, sagt Rosengaus.
Laut einer Studie von Rosengaus und Mitarbeitern scheint die Antwort darin zu liegen, wo die Expression bestimmter Gene des QCM stattfindet veröffentlicht im Open-Access-Journal Wissenschaftliche Berichte.
Sowohl bei Arbeiter- als auch bei Königinnentermiten findet die genetische Expression im Hinterleib statt. Aber bei Termiten, die dazu bestimmt sind, Königinnen zu werden, findet die Genexpression auch im Brustkorb und im Kopf statt.
„Es sind nicht nur die Königinnen, die dieses zentrale Modulnetzwerk für Königinnen haben. Jeder hat es. Es wird nur auf eine andere Art ausgedrückt“, sagt Rosengaus, außerordentlicher Professor am Department of Marine and Environmental Sciences der Northeastern University, der sich auf Verhaltensökologie und Insektensozibiologie spezialisiert hat .
„Wenn die Königinnen zu Königinnen werden, beginnen die Gene dieses Netzwerks übermäßig zum Ausdruck zu kommen. Sie beginnen, viel mehr Produkte zu produzieren, als das Produkt in den Köpfen der Arbeiterinnen produziert.“
In der Vergangenheit konnten Wissenschaftler nicht sehen, wie sich die genetische Expression in verschiedenen Körperteilen der Insekten veränderte, weil sie den gesamten Körper für die transkriptomische molekulare Analyse zerkleinerten, sagt Rosengaus.
„Das Schöne an dieser Studie ist, dass wir den Kopf und den Brustkorb vom Bauch jedes von uns getesteten Individuums getrennt haben. Dadurch konnten wir erkennen, dass die QCM der Königinnen im Kopf und im Brustkorb stark hochreguliert ist, aber …“ nicht in ihrem Bauch.“
Die meisten früheren transkriptomischen Studien zur Kastendifferenzierung bei sozialen Insekten haben Ameisen, Bienen und Wespen analysiert, sagt Rosengaus.
Die in Zusammenarbeit mit Judith Korb von der Universität Freiburg in Deutschland durchgeführte Studie analysierte die Art Zootermopsis angusticollis, eine Art aus einer Termitenfamilie namens Archotermopsidae, die sich vor langer Zeit entwickelt hat.
Ein ähnliches Muster der Genexpression wurde auch bei der Art Cryptotermes secundus aus der Familie Kalotermitidae beobachtet, die eine Zwischenfamilie im Stammbaum der Termiten darstellt.
Rosengaus, der auf jährlichen Reisen nach Kalifornien Termiten sammelt, die sich von Mammutbaumstümpfen und verrottenden Baumstämmen ernähren, sagt, dass Termiten eine wichtige Rolle in der Ökologie spielen, indem sie die Überreste abgestorbener Bäume zersetzen und gleichzeitig den Stickstoffgehalt des Bodens erhöhen.
Bei neueren Termitenarten sind die Königinnen im Verhältnis zu ihren Arbeiterinnen besonders groß. Bei solchen Arten mag es seltsam erscheinen, eine Königin zu haben, die bis zu 20 Jahre lebt, während ihre unfruchtbaren Arbeiterinnen nur wenige Monate überleben.
Aber was den Nestbau betrifft, „muss diese Strategie gut funktionieren“, sagt Rosengaus. „Sonst hätte die Evolution diese Strategie wahrscheinlich durch eine andere Innovation, eine andere Vorgehensweise ersetzt.“
Mehr Informationen:
Silu Lin et al., Ein genetischer Werkzeugsatz, der dem Königin-Phänotyp bei Termiten mit totipotenten Arbeiterinnen zugrunde liegt, Wissenschaftliche Berichte (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-51772-7
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Northeastern Global News erneut veröffentlicht news.northeastern.edu.