Wachs auf der Körperoberfläche von Ameisen optimiert gleichzeitig zwei wesentliche Anforderungen

Das Überleben einer Ameisenkolonie hängt davon ab, dass ihre Mitglieder in der Lage sind, ihre eigenen Nestgenossen von Ameisen einer fremden – und möglicherweise feindlichen – Kolonie zu unterscheiden. Diese sogenannte Nestkameradenerkennung basiert auf Gerüchen, die von einer hauchdünnen Wachsschicht abgegeben werden, die den Körper jeder Ameise überzieht. Gleichzeitig schützt diese Wachsschicht den Ameisenkörper vor Wasserverlust. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben nun herausgefunden, dass diese beiden Funktionen der Wachsschicht auch bei gegensätzlichen Anforderungen erhalten bleiben.

„Ameisen können ihre Wachsschicht gleichzeitig an zwei Bedürfnisse anpassen und so optimieren“, sagt JGU-Evolutionsbiologe Dr. Florian Menzel. „Sie können ihre Wachsschicht an Außentemperaturen anpassen und sich so an unterschiedliche Anforderungen an die Abdichtung anpassen. Dadurch ändert sich die Zusammensetzung der Schicht, aber die verschlüsselte Information zur gegenseitigen Erkennung bleibt weitgehend gleich.“

Wachsschicht schützt vor Austrocknung und enthält Kommunikationssignale

Alle Landtiere müssen verhindern, dass ihr Körper Wasser verliert. Dazu haben fast alle Insekten eine Wachsschicht, die ihren Körper wie eine Haut umhüllt. Diese Wachsschicht besteht aus mehreren Dutzend bis mehr als hundert verschiedenen Verbindungen – kutikulären Kohlenwasserstoffen – die für jede Art spezifisch und charakteristisch sind. Biologen können diese kutikulären Kohlenwasserstoffe (CKW) verwenden, um selbst eng verwandte Arten leicht zu unterscheiden. Bei sozialen Insekten wie Bienen und Ameisen hat diese Wachsschicht noch weitere Funktionen. Es enthält Informationen über die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Art und sogar zu einer bestimmten Kolonie oder ob ein Individuum eine Arbeiterin oder eine Königin ist.

Bei steigenden Temperaturen verflüssigt sich das Wachs zunehmend und schützt die Tiere nicht mehr vor dem Austrocknen. Ameisen sind jedoch in der Lage, die Zusammensetzung des Wachses schnell anzupassen, um dem Schmelzen von CKW entgegenzuwirken. Das Team von Evolutionsbiologen um Dr. Florian Menzel untersuchte nun, ob die Anpassung der CKW-Mischung an die Außentemperatur auch die Informationen zur Erkennung von Nestgenossen verändert.

Studie untersucht aggressives Verhalten nach verschiedenen Temperaturbehandlungen

Das Wissenschaftlerteam setzte zwei Ameisenarten der Gattung Lasius unterschiedlichen Temperaturen aus und beobachtete anschließend ihr Verhalten. Die Schwarze Gartenameise, Lasius niger, ist die häufigste Ameisenart in unseren Gärten und Wiesen, während die Flachbrust-Gartenameise Lasius platythorax hauptsächlich in Wäldern oder Mooren lebt. Letzterer ist seinem Verwandten zum Verwechseln ähnlich und wurde erst vor etwa 30 Jahren als eigenständige Art anerkannt.

Kleine Kolonien beider Arten wurden kühl, warm und bei schwankenden Temperaturen (dh nachts kühl und tagsüber warm) gehalten. Nach drei Wochen analysierten die Biologen die Wachszusammensetzung und beobachteten, wie aggressiv sich die Ameisen gegenüber Nestgenossen und Nicht-Nestgenossen derselben oder einer anderen Temperaturgruppe verhielten.

Das Trennen von Funktionen ist für das Überleben der Kolonie von zentraler Bedeutung

„Die Ameisen konnten eindeutig erkennen, ob ihr Gegenüber aus demselben Nest stammte oder nicht“, berichtet Marti Wittke, Erstautorin der Studie. „Ehemalige Nestkameraden aus einer anderen Temperaturumgebung wurden jedoch mit mehr Aggression empfangen.“ Die Ameisen waren leicht in der Lage, Mitglieder ihrer eigenen Kolonie von fremden Ameisen zu unterscheiden – selbst wenn die Nestkameraden einer anderen Temperaturumgebung ausgesetzt waren.

„Die Temperatureffekte auf die Erkennung waren überraschend gering, obwohl sich die Zusammensetzung der Wachsschicht zwischen den Temperaturgruppen stark unterscheidet“, erklärt Menzel und deutet an, dass die Erkennung von Koloniemitgliedern eine sehr viel höhere Priorität hat. „Die Kolonieerkennung ist immens wichtig. Wenn Fremde, egal ob von der gleichen oder von anderen Arten, nicht erkannt werden und in die Kolonie eindringen können, kann das zu großen Problemen führen, wenn zum Beispiel Raubtiere in die Kolonie eindringen und deren Larven fressen. Würde es aber genauso fatal wäre, wenn echte Nestkameraden plötzlich nicht mehr hineingelassen würden.“

Veröffentlicht in Funktionelle Ökologiezeigt die Studie, dass bereits wenige Bestandteile des Wachses ausreichen, um die Zugehörigkeit zu einer Kolonie nachzuweisen. „Es scheint, dass manche Kohlenwasserstoffe eher der Erkennung und manche eher dem Schutz vor Austrocknung dienen, obwohl kein Kohlenwasserstoff eindeutig nur die eine oder andere Funktion erfüllt. Am Ende ist es natürlich lebenswichtig, den Austausch von Kommunikationssignalen relativ unabhängig von der zu halten Imprägnierfunktion, auch wenn beide Funktionen in der Wachsschicht verankert sind. Aus physikalischen Gründen können die beiden Funktionen jedoch nicht vollständig getrennt werden.“

Interessanterweise waren die beiden Funktionen – die Aufrechterhaltung der Wasserdichtigkeit und die Kommunikation – bei der schwarzen Gartenameise stärker miteinander verflochten als bei der flachbrüstigen Gartenameise. „Wir verstehen diesen Unterschied noch nicht“, ergänzte Menzel.

Zur Verfügung gestellt von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz