Erforschung der bemerkenswerten Pilzzucht von Ameisen
Blattschneiderameisen zeigen faszinierende Parallelen zu menschlichen Landwirten. Während der Mensch seit Tausenden von Jahren domestizierte Nutzpflanzen anbaut, ernten diese Ameisen seit Millionen von Jahren Pflanzen, um Pilzkulturen zu züchten. Die menschliche Landwirtschaft ist durch den raschen globalen Klimawandel zunehmend gefährdet. Dennoch haben Blattschneiderameisen von Texas bis Argentinien unter extrem schwankenden Niederschlags- und Temperaturbedingungen erfolgreich Pilzkulturen angebaut. „Faszinierend ist, dass ihre Anbausysteme über Millionen von Jahren in verschiedenen Lebensräumen fortbestanden haben, was darauf schließen lässt, dass sie dem Klimawandel gegenüber widerstandsfähig waren. Meine Forschung versucht, die Mechanismen zu erforschen, die dies ermöglichen“, sagt Jonathan Shik, außerordentlicher Professor am Fachbereich Biologie der Universität Kopenhagen und Koordinator des Projekts ELEVATE. Im Rahmen des Projekts, das vom Europäischen Forschungsrat finanziert wurde, untersuchten Shik und sein Team Blattschneiderameisen, um ihre Anbauprozesse und die allgemeinen evolutionären Prinzipien, die der Domestizierung von Nutzpflanzen zugrunde liegen, zu ergründen. „Ziel dieser Forschung war es, die koevolutionäre Dynamik zu verstehen, die es den Ameisen ermöglichte, hoch entwickelte Anbausysteme mit einem pilzlichen Symbionten zu entwickeln“, erklärt Shik.
Untersuchung des Anbaus durch Ameisen im Regenwald und im Labor
Wie alle erfolgreichen landwirtschaftlichen Fachleute müssen auch Blattschneiderameisen ihre Pflanzen mit den spezifischen Nährstoffmischungen düngen, die sie zum Gedeihen benötigen. In der menschengeführten Landwirtschaft werden anorganische Düngemittel verwendet, während Blattschneiderameisen nach frischen Pflanzenteilen suchen, die sie in einen nahrhaften Mulch umwandeln und in ihren Pilzgarten einbringen. „Woher ‚wissen‘ diese Ameisen, welche spezifischen Nährstoffe ihre Pilzkultur braucht? Was sind die spezifischen Ernährungsbedürfnisse der Pilzkulturen?“ fragt Shik. Um das herauszufinden, untersuchte das ELEVATE-Team frei lebende Blattschneiderameisen in einem tropischen Regenwald in Panama. Die Forschenden entnahmen Blattstücke aus dem Maul der Ameisen und analysierten sie anschließend auf ihren Nährstoffgehalt, um festzustellen, welche Nährstoffe die Ameisen zur „Düngung“ ihrer Pilzkultur verwenden. Ein weiterer Teil des Projekts bestand darin, Pilze aus den Ameisenkolonien zu isolieren und auf Petrischalen zu züchten. Auf diese Weise konnten sie die Bedingungen herausfinden, unter denen der Pilz am besten wächst. Anschließend kombinierten die Forschenden die Daten aus dem Regenwald und den Experimenten in der Petrischale, um zu prüfen, ob die von den Ameisen gesammelten Nährstoffe den „optimalen“ Nährstoffbedarf der Pilzsorte decken.
Parallelen in der Landwirtschaft aufzeigen
Ein wichtiges Ergebnis des Projekts ELEVATE war die Entdeckung, dass bei der Domestizierung von Nutzpflanzen durch pilzbewirtschaftende Ameisen evolutionäre Kompromisse stattfanden, die Parallelen zu den Kompromissen in landwirtschaftlichen Systemen des Menschen aufweisen. Das Team fand heraus, dass die Pilzkulturen im Laufe der Zeit immer spezialisierter wurden und immer hochwertigere Nährstoffe lieferten, bei einem Nährstoffrückgang aber auch weniger widerstandsfähig waren. Dadurch wurden sie abhängiger von ihren Anbau-Spezialisten. Die Forschenden entdeckten auch die molekularen und zellulären Mechanismen, die hinter der Pilzkultur stehen, und wie sie den Ameisen einen Nährwert bieten. „Wir haben gezeigt, dass die Pilzsorte ihre eigenen zellulären Bestandteile selbstlos recycelt – durch einen Prozess, der Autophagie genannt wird – und diese in Nährstoffmetaboliten umwandelt, mit denen sie ihre Ameisenbauern versorgt.“
Die wichtigsten Grundsätze der Domestikation von Nutzpflanzen
Shik räumt ein, dass die Forschungsergebnisse vielleicht nicht direkt den menschlichen Landwirtschaftssystemen nutzen werden, dass sie aber einige der wichtigsten evolutionären Prinzipien für die Domestizierung von Nutzpflanzen aufgezeigt haben. „Dazu bedarf es keiner menschlichen Kognition, Kultur oder technologischen Innovation“, schließt er.
Schlüsselbegriffe
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