„Evolutionäres Déjà-vu“ im tropischen Regenwald

Ameisen sind für ihr reglementiertes und komplexes Sozialverhalten bekannt. In den Tropen sind sie außerdem dafür bekannt, dass sie Mutualismen mit Pflanzen eingehen. Bestimmte Baumarten haben auffällige hohle Ausbuchtungen, in denen Ameisen leben, die sie oft mit speziellem Ameisenfutter füttern. Im Gegenzug sind die Ameisen kämpferische Leibwächter, die ausschwärmen, um die Pflanze aggressiv gegen Feinde zu verteidigen. Wissenschaftler beobachten diese Mutualismen seit Jahrhunderten, aber eine bleibende Frage ist, wie diese faszinierenden Interaktionen überhaupt entstanden sind.

Das bleibt ein Rätsel, aber neue Forschungsergebnisse unter der Leitung des Feldbiologen Rodolfo Probst von der University of Utah bieten Erkenntnisse, die unser Verständnis von Ameisen-Pflanzen-Symbiosen erweitern könnten.

Veröffentlicht im Verfahren der Royal Society Bkonzentrierte sich seine Forschung auf eine Ameisengattung namens Myrmelachista. Die meisten Myrmelachista-Arten nisten in toten oder lebenden Pflanzenstämmen, ohne eine spezielle mutualistische Verbindung einzugehen. Von einer Gruppe von Arten in Mittelamerika weiß man jedoch, dass sie nur in den lebenden Stämmen bestimmter Arten kleiner Unterholzbäume nistet, in einer speziellen Symbiose, die anderen Mutualismen zwischen Ameisen und Pflanzen ähnelt. Diese winzigen gelben Ameisen höhlen die Stämme aus, ohne die Wirtspflanzen zu schädigen, und sind in ganz Mittelamerika zu finden.

Eine solche Symbiose erfordert komplexe und neuartige Verhaltensweisen und Morphologie (körperliche Merkmale wie Farbe, Form und Größe) und kommt vermutlich nur selten vor. Die Spezialisten aus Mittelamerika waren eine Gruppe von neun Arten, die alle diese komplexen Merkmale teilten und sich nur geringfügig voneinander unterschieden. Man ging davon aus, dass ein einziger gemeinsamer Vorfahre die Symbiose über einen langen Zeitraum entwickelt haben musste und dass es sich dabei um sehr junge Arten handelte, die nach der Entstehung der Symbiose entstanden waren.

Probst machte eine bemerkenswerte Entdeckung. Er verwendete DNA-Sequenzdaten, um ihre Evolutionsgeschichte zu entschlüsseln und fand heraus, dass diese neun Arten in zwei Gruppen in unterschiedlichen Teilen des Evolutionsbaums auftraten. Das bedeutet, dass diese komplexe Beziehung mit all ihren charakteristischen Merkmalen zweimal aus nicht spezialisierten Vorfahren entstanden ist. Und nicht nur das, sie entwickelten sich auch in unmittelbarer Nähe und ungefähr zur gleichen Zeit, vor etwa 3 Millionen Jahren.

„Ich wünschte, ich könnte einfach eine Zeitmaschine nehmen und es sehen“, sagte Probst. „Vielleicht waren es die Ökologie oder die Verfügbarkeit von Pflanzen, die diese Freundschaften überhaupt erst entstehen ließen.“

Er argumentiert, dass dies ein Fall konvergenter Evolution ist, bei der sich ungleiche Arten zu mehr Ähnlichkeit entwickeln, oft weil sie ähnliche spezialisierte ökologische Nischen besetzen. Man denke nur an Wale und Fische. Irgendwie entwickelten diese Ameisen dasselbe Verhalten, was Probst als „evolutionäres Déjà-vu“ bezeichnete.

„Sie sehen sich so ähnlich, dass man sparsam davon ausging, dass sich dieser Mutualismus vielleicht einmal entwickelt hat“, sagte Probst. „Das Coolste an unserem Artikel ist, dass wir zeigen, dass diese Art von Freundschaften zwischen Ameisen und Pflanzen sich mehrfach unabhängig voneinander entwickeln. Ist das ein evolutionäres Déjà-vu? Es ist, als ob es, wenn es passiert, unter den entsprechenden ökologischen Bedingungen wieder passieren könnte.“

Seine beiden Co-Autoren sind der renommierte Entomologe Jack Longino, der unter den Studenten der University of Utah aufgrund seines Fachwissens und seiner umfangreichen persönlichen Sammlung von Ameisenexemplaren auf dem Campus besser als „The Astonishing Ant Man“ bekannt ist, sowie der ehemalige Postdoktorand der School of Biological Sciences der University of Utah, Michael Branstetter, der jetzt an der Forschungseinheit für bestäubende Insekten des US-Landwirtschaftsministeriums an der Utah State University arbeitet.

„Das Wichtigste an dieser Arbeit ist der unerwartete Teil. Rodolfos Arbeit enthüllte zwei unabhängige Entwicklungen einer komplexen Beziehung zu Pflanzen. Sie legt nahe, dass die Entwicklungsbausteine ​​für sehr ausgeprägte oder komplexe Merkmale leicht verfügbar sind und sich bei entsprechenden Bedingungen schnell zwischen verschiedenen Artengruppen entwickeln können“, sagte Longino, ein Biologieprofessor an der University of California, der mehr als vier Jahrzehnte damit verbracht hat, Ameisen zu studieren, hauptsächlich in tropischen Regionen.

„Die Morphologie allein war noch nie gut darin, die Beziehungen zwischen Arten aufzudecken, das evolutionäre Schauspiel, das die Diversifizierung des Lebens auf dem Planeten zur Folge hatte.“

Mit fortwährender Unterstützung der Studierenden der Science Research Initiative der Universität möchte Probst eine vollständige Genomsequenzierung durchführen, um die an der Assoziation von Ameisen und Pflanzen beteiligten Gene herauszufinden und so einen Blick „hinter die Kulissen“ eines Phänomens werfen, das Naturforscher seit Jahrhunderten fasziniert.