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From ecology to mechanisms of the extended phenotype

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Gehirnwäsche bei Zombie-Ameisen

Der so genannte erweiterte Phänotyp kann in seiner extremsten Form am Verhalten von Ameisen beobachtet werden, wenn sie durch einen parasitischen Pilz gesteuert werden. Die tödliche Liaison zwischen Ameise und Pilz, speziell deren Evolution und molekulare Mechanismen, waren Schwerpunkt einer europäischen Forschungsstudie.

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Als Phänotyp werden gemeinhin die äußeren sichtbaren Eigenschaften eines Organismus bezeichnet, der per definitionem das Produkt aus genetischer Veranlagung und Umwelt ist. Der erweiterte Phänotyp hingegen beschreibt alle Effekte eines Gens auf seine Umwelt. Verdeutlichen kann man dieses Prinzip an der Parasiten-Wirts-Beziehung. Ein besonders spektakuläres Beispiel einer solchen Beziehung ist die zwischen dem Pilz Ophiocordyceps unilateralis (O. unilateralis) und seinem Wirt, einer Ameise. Ist die Ameise infiziert, wird ihr Verhalten komplett durch den Pilz gesteuert: sie klammert sich etwa 25 cm über dem Waldboden an den Adern eines nach Norden ausgerichteten Blattes fest (mit dem so genannten Todesgriff). Damit der Klammergriff gelingt, müssen eine ganz bestimmte Temperatur und Luftfeuchtigkeit herrschen. Dass auch diese den optimalen Wachstumsbedingungen des Pilzes entsprechen, muss wohl kaum noch erwähnt werden. Nach dem schrecklichen Ende der Ameise wächst ein Fruchtkörper aus dem Kopf der Unglücklichen heraus und bildet dort Sporen aus. Sind die Sporen gereift, werden sie von anderen nichts ahnenden Ameisen vertilgt. Das EU-finanzierte Projekt "From ecology to mechanisms of the extended phenotype" (ANT FUNGI EP) prüfte die These, dass Südostasien das Zentrum der Diversität des Ameisen infizierenden Ophiocordyceps ist und sich diese Pilze ökologisch spezialisiert haben. Im Hinblick auf die Frage, wie das Verhalten der Ameise gesteuert wird, untersuchte das Team den Drahtzieher des hinterlistigen Insektenkidnappings auf molekularer Ebene. Aus Brasilien und den Vereinigten Staaten wurden Pilze aus verschiedenen Ameisenkolonien mehrerer Ameisenarten isoliert. Der extrahierte Fungus wurde in Laborkulturen auf speziellem Nährmedium bis zum Sporenstadium gezüchtet, in dem sich der Pilz verbreitet. Um moderne Analyseverfahren überhaupt durchführen zu können, war es notwendig, den Pilz ohne seine schützende Zellwand zu züchten, was relativ kompliziert ist. Dem Team von ANT FUNGI EP gelang es, diese spezifischen Bedingungen zu definieren, so dass am Pilzprotoplasten nun auf molekularer Ebene die Steuerung des Ameisenverhaltens weiter erforscht werden kann. Analysen am erweiterten Phänotypen können Aufschluss über die komplexen Interaktionen zwischen Parasit und Wirt geben, im Falle der Zombie-Ameisen insbesondere über die Infektionsdynamik und Evolution von Virulenz.

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5 Januar 2021