„Evolutionäres Déjà-vu“ im Regenwald

Ameisen sind für ihr strenges und komplexes Sozialverhalten bekannt. In den Tropen sind sie auch dafür bekannt, wechselseitige Beziehungen mit Pflanzen einzugehen. Einige Baumarten weisen auffällige hohle Ausbuchtungen auf, in denen Ameisen leben, die sie oft mit speziellem Ameisenfutter füttern. Im Gegenzug sind die Ameisen kämpferische Leibwächter, die sich zusammenschließen, um die Pflanze aggressiv gegen Feinde zu verteidigen. Wissenschaftler beobachten diese gegenseitigen Beziehungen seit Jahrhunderten, aber es bleibt die Frage offen, wie sich diese faszinierenden Wechselwirkungen überhaupt entwickelt haben.

Es bleibt ein Rätsel, aber neue Forschungen 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 BSeine Forschung konzentrierte sich auf eine Ameisengattung namens Myrmelachista. Die meisten Myrmelachista-Arten nisten in toten oder lebenden Pflanzenstämmen, ohne spezielle gegenseitige Assoziationen. Es war jedoch bekannt, dass eine Gruppe mittelamerikanischer Arten nur in den lebenden Stämmen bestimmter Arten kleiner Unterholzbäume nistet, in einer speziellen Symbiose, die der anderer Ameisenpflanzen-Mutualismen ähnelt. Diese winzigen gelben Ameisen graben sich in Stämme ein, ohne den Wirtspflanzen Schaden zuzufügen, und kommen in ganz Mittelamerika vor.

Eine solche Symbiose erfordert komplexe und neuartige Verhaltensweisen und Morphologien (physische Merkmale wie Farbe, Form und Größe) und kommt vermutlich selten vor. Bei den Zentralamerika-Spezialisten handelte es sich um eine Gruppe von neun Arten, die alle diese komplexen Merkmale gemeinsam hatten und sich nur geringfügig voneinander unterschieden. Es wurde angenommen, 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 erst nach der Entwicklung der Symbiose auftauchten.

Probst machte eine bemerkenswerte Entdeckung. Indem er DNA-Sequenzdaten verwendete, um ihre Evolutionsgeschichte zu entschlüsseln, entdeckte er, dass diese neun Arten als zwei Gruppen in verschiedenen Teilen des Evolutionsbaums auftraten. Dies bedeutet, dass sich diese komplexe Beziehung mit all ihren Besonderheiten zweimal aus nicht spezialisierten Vorfahren entwickelt hat. Darüber hinaus entwickelten sie sich auch nahe beieinander und ungefähr zur gleichen Zeit, vor etwa 3 Millionen Jahren.

„Ich wünschte, ich könnte eine Zeitmaschine nehmen und sehen, was passiert“, sagte Probst. „Vielleicht war es die Ökologie oder die Verfügbarkeit von Pflanzen, die die Entstehung dieser Freundschaften überhaupt erst ermöglichten. »

Er sagt, es handele sich um einen Fall konvergenter Evolution, bei der sich verschiedene Arten so entwickeln, dass sie ähnlicher werden, oft weil sie ähnliche spezialisierte ökologische Nischen besetzen. Denken Sie an Wale und Fische. Irgendwie entwickelten diese Ameisen das gleiche Verhalten, das Probst „evolutionäres Déjà-vu“ nannte.

„Diese beiden Arten sehen sich so ähnlich, dass wir davon ausgegangen sind, dass sich dieser Mutualismus einmal entwickelt hat“, sagte Probst. „Das Interessanteste an unserer Arbeit ist, dass wir zeigen, dass sich diese Art von Ameisen-Pflanzen-Freundschaften mehrmals unabhängig voneinander entwickeln. Ist das ein evolutionäres Déjà-vu? Es fühlt sich so an, als ob es, wenn es passiert wäre, wieder passieren könnte, wenn die richtigen ökologischen Bedingungen stimmen würden. »

Seine beiden Co-Autoren sind der renommierte Entomologe Jack Longino, unter Universitätsstudenten besser bekannt als „The Astonishing Ant Man“ für sein Fachwissen und seine umfangreiche persönliche Sammlung von Ameisenexemplaren, die auf dem Campus aufbewahrt werden, und ein ehemaliger Postdoktorand an der School of Biological Sciences der Michael Branstetter University , jetzt an der Pollinator Research Unit des US-Landwirtschaftsministeriums an der Utah State University.

„Das Wichtigste an diesem Artikel ist der unerwartete Teil. Rodolfos Arbeit offenbarte zwei unabhängige Entwicklungen einer komplexen Beziehung zu Pflanzen. „Es deutet darauf hin, dass die Entwicklungsbausteine ​​für sehr charakteristische oder komplexe Merkmale leicht verfügbar sind und sich bei entsprechenden Bedingungen schnell zwischen verschiedenen Artengruppen entwickeln können“, sagte Longino, Professor für Biologie an der Universität, der mehr als vier Jahrzehnte lang hauptsächlich Ameisen studiert hat in tropischen Regionen.

„Morphologie allein war noch nie wirksam bei der Aufdeckung der Beziehungen zwischen Arten, dieses evolutionären Spektakels, das zeigt, wie sich das Leben auf dem Planeten diversifiziert hat. »

Mit der kontinuierlichen Hilfe von Studenten der Scientific Research Initiative der Universität möchte Probst eine umfassende Genomsequenzierung durchführen, um Gene aufzudecken, die an Ameisen-Pflanzen-Assoziationen beteiligt sind, und dabei „unter die Haube“ eines Phänomens blicken, das Naturforscher seit Jahrhunderten fasziniert.