Sam Gregory schrieb diesen Beitrag als Projekt für Dr. Stacy Krueger-Hadfields Kurs für wissenschaftliche Kommunikation an der Universität von Alabama in Birmingham. Sam erwarb einen BS in Biologie und einen BFA in Studiokunst am Birmingham-Southern College und verfolgt derzeit einen MS in Biologie an der UAB. Er ist fasziniert von Alabamas vielfältigen Ökosystemen, insbesondere den derzeit bedrohten Arthropodengemeinschaften, die eine grundlegende Rolle in diesen Systemen spielen.
In einem kürzlich erschienenen Artikel untersuchten Forscher Fortpflanzungssysteme innerhalb von Cataglyphis, einer Gattung von Wüstenameisen (Kuhn et al., 2020). Innerhalb der Gattung waren zwei ungewöhnliche Systeme beobachtet worden. Um die Cataglyphis-Reproduktion zu verstehen, muss man jedoch zuerst die konventionelle Ameisenreproduktion verstehen.
Die überwiegende Mehrheit der Ameisen in einer Kolonie sind Arbeiter. Sie sind weiblich, aber unfruchtbar. Arbeiter wachsen aus den Eiern der Königin der Kolonie (Wheeler, 2016). Einige Eier entwickeln sich zu geflügelten Alaten – entweder Königinnen, die fruchtbare Weibchen sind, oder Männchen, die haploid sind und aus unbefruchteten Eiern schlüpfen (White, 1984). Jedes Jahr fliegen Alaten aus der Kolonie massenhaftauf der Suche nach Kumpels (Wilson, 1957). Männchen sterben kurz nach der Paarung, und Königinnen halten die Spermien in einem spezialisierten Organ (Wheeler & Krutzch, 1994), so dass sie Eier für den Rest ihres Lebens befruchten können, möglicherweise Jahrzehnte bei einigen Arten (Keller, 1998). Jede Königin findet dann einen sicheren Ort, an dem sie sich verstecken kann, während ihre Arbeiter reif werden. Bei vielen Arten zieht die Königin ihre ersten Nachkommen bis zum Erwachsenenalter auf, ohne zu essen (Keller & Passera, 1989).
Dies ist weit mehr als eine Reihe lustiger Fakten. Dieses Paradigma ermöglicht es nicht reproduktiven Individuen, Risiken zu schultern, während Königinnen sicher bleiben. Diese Strategie ist ein wichtiger Faktor für den evolutionären Erfolg von Formicidae, der Familie der Ameisen, die einen bemerkenswerten Teil der Landtierbiomasse der Erde ausmachen (Wilson, 1985). Dies macht Ameisen zu einer interessanten Gruppe, um die Entwicklung der Fortpflanzungssysteme zu untersuchen. Ungewöhnliche Fortpflanzung erzeugt einzigartigen Selektionsdruck, was dazu führt, dass Subclades noch seltsamere Fortpflanzungsmodi annehmen (Heinze & Tsuji, 1995).
Kuhn et al. (2020) interessierten sich für zwei ungewöhnliche Fortpflanzungssysteme der Gattung Cataglyphis. Bei einigen Arten produzieren Königinnen Arbeiter sexuell, produzieren aber neue Königinnen, indem sie ihre eigenen Eier befruchten. Dies wird als bedingte Verwendung von Sex bezeichnet. Ihre Kolonien werden durch Variation unter den Arbeitern robust gemacht, während reproduktive Nachkommen nur die DNA der Königin erhalten (Pearcy et al., 2004).
Eine andere Gruppe innerhalb von Cataglyphis reproduziert sich durch ein Mittel, das als klonale soziale Hybridogenese bezeichnet wird. Diese Ameisen verwenden Sex auch bedingt, aber eine „Spezies“ (obwohl wir weit über den Punkt hinaus sind, an dem Artenkonzepte zusammenbrechen) besteht aus zwei genetischen Linien. Die Königinnen paaren sich selektiv mit Männern der entgegengesetzten Linie, um Arbeiter zu produzieren. Diese Arbeiter sind vielfältig und robust, ohne den Nachteil der Fruchtbarkeit, der oft mit Hybridisierung einhergeht, da Arbeiter sowieso steril sind (Burke & Arnold, 2001; Umphrey, 2006).
Um die Evolutionsgeschichte dieser Fortpflanzungsarten zu bewerten, gruben die Forscher Cataglyphis-Kolonien in ganz Europa und im Nahen Osten aus. Durch Genotypisierung reproduzierender Königinnen, unverheirateter Königinnen und Arbeiterinnen ermittelten sie die Reproduktionsstrategie jeder Art. Die männliche Haploidie bot einen großen Vorteil, da der Genotyp des längst verstorbenen Vaters der Kolonie aus dem der Arbeiter und der Königin abgeleitet werden kann. Anschließend untersuchten sie, ob eine Art aus mehreren genetischen Clustern bestand und ob sich die Cluster selektiv kreuzten (Kuhn et al., 2020).
Die Forscher fanden zahlreiche Fälle von bedingtem Geschlecht und klonaler sozialer Hybridogenese. Interessanterweise gab es genau einen Fall von Intra-Lineage-Paarung in einer „Spezies“, die normalerweise Hybridogenese (Cataglyphiscretica) durchläuft (Abbildung 1). Diese Kolonie war ungewöhnlich klein, was möglicherweise den intuitiven Vorteil der Paarung zwischen den Linien widerspiegelte (obwohl ein einzelner Fall weit von endgültigen Beweisen entfernt ist) (Kuhn et al., 2019).
In der vorgeschlagenen Phylogenie (Abbildung 2)trat jeder Fortpflanzungsmodus mehrmals auf, und die bedingte Verwendung von Geschlecht scheint eine Voraussetzung für die klonale soziale Hybridogenese zu sein (Kuhn et al., 2020).
Diese Studie hat das breitere Thema des Selektionsdrucks in Bezug auf Reproduktionsweisen weiter beleuchtet. Einige Fragen bleiben jedoch unbeantwortet. Die Forscher stellen fest, dass jedes Paar hybridogenetischer Linien in letzter Zeit divergiert zu sein scheint, trotz der weitaus weniger jüngsten Entwicklung des bedingten Geschlechts (Kuhn et al., 2020). Dies könnte darauf hindeuten, dass solche Systeme häufig auftreten, aber nicht nachhaltig sind, da die zunehmende Homozygotie die Lebensfähigkeit der Königin zerstört. Alternativ können diese Linien nicht vollständig isoliert sein, wobei ein geringer Genfluss auftritt (Kuhn et al., 2020). In jedem Fall würde die weitere Erforschung dieser Systeme viel dazu beitragen, das Verständnis der reproduktiven Evolution voranzutreiben.
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