Superorganismen mit dem Schwerpunkt Ameisen

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1 mit dem Schwerpunkt Ameisen

2 Gliederung 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? 2. In welchen Tiergruppen gibt es Superorganismen? 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? 4. Wie werden die Kasten gebildet? 5. Wie funktionieren die differenzierten Staaten der Blattschneiderameisen Atta spec.? 6. Literatur

3 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Der Staat reagiert wie ein Individuum Die Individuen weisen körperliche Unterschiede auf und erfüllen verschiedene Funktionen (Kasten); nur eines oder wenige erzeugen Nachkommen Die Kommunikation zwischen den Individuen ist entscheidend für eine gelingende Kooperation Superorganismen können viel größere Leistungen erbringen als dieselbe Zahl normaler Individuen Daraus ergibt sich ihre ökologische und wirtschaftliche Bedeutung

4 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Ökologische und ökonomische Bedeutung: Ameisen, von denen es keine solitären gibt, prägen das Ökosystem Boden nach der Zahl der Arten sowie der Individuenzahl Die Honigbiene ist das drittwichtigste Haustier des Menschen: Sie bestäubt 80-90% aller Wild- und Nutzpflanzen, was in D einem Wert von 2 Mia jährlich entspricht (70 Mia weltweit) Staatenbildende Nagetiere und Termiten können sehr widrige Ökosysteme besiedeln

5 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Exkurs zur Genetik von Hautflüglern 1 Königinnen und Arbeiterinnen sind Weibchen, deren Sexualgene XX entsprechen, sie entstehen aus befruchteten Eiern; die Arbeiterinnen teilen 50% ihrer Gene mit der Mutter Drohnen sind haploide Männchen, deren Sexualgene XO entsprechen, d.h. sie entstehen aus unbefruchteten Eiern und sind genetisch zu 50% mit der Mutter identisch; als Väter sind sie zu 100% mit den Töchtern verwandt, diese aber nur zu 50% mit ihnen Die Schwestern sind untereinander zu 75% verwandt, wenn die Mutter 1x begattet wurde; d.h. Arbeiterinnen geben am besten ihre Gene weiter, wenn sie der Mutter beim Aufziehen der Schwestern helfen

6 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Exkurs zur Genetik von Hautflüglern 2 Viele Hautflügler-Königinnen müssen ein Leben lang mit dem Sperma aus ihrem Hochzeitsflug auskommen, daher haben sie ein Sperma-Reservoir, aus dem sie Zellen gezielt einem Ei beifügen können Hummelköniginnen paaren sich nur mit einer Drohne, Bienenköniginnen mit mehreren, bei einigen Ameisen gibt es auch in der Kolonie befruchtete Arbeiterinnen (siehe spätere Folien)

7 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Entscheidungen bei der Honigbiene Bienenkönigin legt als einzige der Kolonie Eier, aber die Entscheidung, welcher Kaste ein Ei angehören wird, treffen die Arbeiterinnen, indem sie die Zellenform in der Wabe vorgeben Die Königin erkennt die Zellenart angeborener Auslöser - und fügt Sperma aus ihrem Reservoir hinzu oder nicht Bei Tod der Königin fangen junge Arb. an, unbefruchtete Eier zu legen; der Imker kann 1-2 Tage alte Eier aus Arb.-Zellen in Weiselzellen (für Königinnen) umsetzen; Jungköniginnen wachsen heran; die Kolonie kann fortbestehen

8 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Chemische Kommunikation innerhalb der Honigbienen-Kolonie Das Königinnen-Pheromon hindert die Arbeiterinnen an der Eiablage und sorgt dafür, dass die Königin stets gepflegt und gefüttert wird Die Trophallaxis das gegenseitige Füttern unter Arbeiterinnen verteilt Informationen im Stock über die Ernährungssituation und den Bedarf an Nektar und Pollen Die Larven-Pheromone geben den Arbeiterinnen über deren Ernährungs- u. Wachstumsstand Auskunft

9 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Selbstorganisation Es gibt im Staat KEIN Individuum, das einen Plan oder den Überblick über den Staat hat Alle Entscheidungen basieren auf einfachen angeborenen Reiz-Reaktions-Schemen; die Abfolgen sind aber flexibler als bei solitär lebenden Arten (s.u.) Selektion findet auf ALLEN Ebenen statt: Individuum Kaste - Staat (Schwer nachzuvollziehen, am leichtesten mit Werkzeugen aus der Informatik) Ein gut entwickelter Staat ist generationenübergreifend

10 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Erinnerungs-u. Lernvermögen der Individuen Lernen den Kolonieduft Afrikanische Waldameisen merken sich die Formen der Baumkronen, Bienen die Landschaft Bienen können sich nach 2 Monaten Winter noch an eine Dressur erinnern Ameisen zählen ihre Schritte, um Entfernungen zu messen In Labyrinthversuchen sind Ratten nur 2-3fach besser als Ameisen

11 1. Wodurch zeichnen sich Superorganismen aus? Verhaltenssequenzen

12 2. In welchen Tiergruppen gibt es Superorganismen? Säugetiere: Nackt- und Graumulle (2 Gattungen mit je 1 Art) Gliederfüßler: Knallkrebse, Bew. von Schwämmen (einige Arten) Insekten: Termiten 2800 Arten Hautflügler Wespen der Fam. Vespidae (5000 Arten) Hummeln (250 Arten) Ameisen ( Arten) Käfer 1 Kernholzkäfer Gallbildende Blattläuse und Thripse (einige Arten)

13 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? Monogyne St. Polygyne St. Gamergate-St.

14 Superorganismen 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? Beispiele Monogyne Staaten: Bienen Hummeln Wespen Blattschneiderameisen Polygyne Staaten Rote Feuerameise Rossameisen Stinkameise Staaten mit Gamergaten: z.b. eine indische Stachelameise, die zunächst monogyn ist, dann Gamergaten heranzieht, um die Kolonie am Leben zu halten

15 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? Sexualität in monogynen Staaten Alleinanspruch der Königin auf Reproduktion wird durch Pheromone aufrecht erhalten, bei Atta in der Giftdrüse gebildet, die bei den nicht stacheltragenden Ameisen für neue Funktionen verfügbar ist. Arbeiterinnen fressen Eier, die von Arbeiterinnen gelegt wurden. Bei Verlust der Königin beginnen zahlreiche junge Arbeiterinnen Eier zu legen; zwischen ihnen gibt es Rangordnungskämpfe. Männchen schlüpfen aus diesen Eiern, aber da keine der Arbeiterinnen begattet ist, stirbt die Kolonie trotzdem aus.

16 Superorganismen 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? Sexualität in polygynen Staaten Hier sind Arbeiterinnen sexuell attraktiv, oft sind 80% begattet (Gamergaten), unabhängig von der Anwesenheit einer Königin. In der Gründungsphase bildet sich eine Hierarchie zwischen den Königinnen aus (Ei-Kannibalismus), später auch zwischen den Gamergaten. In voll entwickelten Kolonien herrscht Frieden; die Hierarchien werden durch Dominanzrituale aufrecht erhalten. In Kolonien mit mehreren Königinnen (ohne Gamergaten) paaren sich Jungköniginnen in Nestnähe und werden dann von der Kolonie adoptiert ; die Arbeiterinnen erkennen wohl die genetische Verwandtschaft.

17 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? Klassische Gründung monogyner Staaten Außer bei Bienen leben die begatteten Jungköniginnen solitär und jede gründet aus eigener Kraft einen kleinen neuen Staat: Wespen- und Hummelköniginnen unserer Breiten müssen allein den Winter überstehen, im folgenden Frühjahr selbst ein winziges Nest bauen (meist mit 5-8 Zellen), die Larven füttern sowie im Fall der Hummeln auch Vorräte anlegen für Schlechtwetterphasen. Das alles gelingt nur in <10% der Fälle. Blattschneiderameisen-Königinnen aus S-Amerika haben zu graben, Pilzgärten anzulegen, die Larven zu füttern und die Symbionten zu pflegen (siehe spätere Folien), was noch geringere Erfolgsquoten hat.

18 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? Polygyne Staaten, z.b. Rote Feuerameise u. Stinkameise Feuerameise aus Brasilien in die USA eingeschleppt; ursprünglich mono- oder oligogyn und territorial; ab den 70er Jahren polygyne Kolonien ohne Territorialgrenzen, in den 90er Jahren in die Karibik, Hong Kong und Südchina; an einigen Stränden viele km große Kolonie mit zahlreichen Königinnen Afrikanische Stinkameise in der Savanne monogyn, im Galeriewald polygyn mit sehr viel größeren Kolonien, d.h. der Lebensraum bestimmt hier die Lebensform Polygynie ist für die Ausbreitung förderlich

19 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? Exkurs zu den Drüsen der Ameisen 1

20 3. Wie sind die Staaten aufgebaut? Exkurs zu den Drüsen der Ameisen 2

21 4. Wie werden die Kasten gebildet? Die Voraussetzungen für die Unterschiede müssen in einem engen Zeitfenster der Larvenentwicklung geschaffen worden sein Bei Bienen, Hummeln, Wespen u. vielen Ameisen durch Ernährung (qualitativ u/o quantitativ) Bei Ameisen mit mehreren Kasten muss es einen genetischen Polymorphismus geben, z.b. für die Flügelu. bei einigen Ovarlosigkeit der Arbeiterinnen Bei 2 Ameisengattungen spielt die Temperatur eine Rolle, die auf Ei bzw. Larve einwirkt Negative Rückkoppelung durch (Jung)königinnen

22 4. Wie werden die Kasten gebildet? Auch Larven können als Kaste betrachtet werden Wespenlarven stellen ihren kohlenhydratreichen Speichel den Arbeiterinnen zur Verfügung, Larven der Pharao-Ameise Flüssigkeit Orientalische Hornissen-Imagines und eine amerikanische Ameise können Beutetiere nicht selbst verdauen, das erledigen die Larven; bei letzteren haben die Larven sogar ein eigenes Organ dazu Larven japanischer Wanderameisen haben ein Ausscheidungsorgan für Blut, wovon sich die Königin ganz und Arbeiterinnen teilweise ernähren

23 5. Wie funktionieren die Staaten von Atta?

24 5. Wie funktionieren die Staaten von Atta? Die Kasten von Atta haben die größte bekannte Spezialisierung Atta cephalotes, Sarefo Wikipedia

25 5. Wie funktionieren die differenzierten Staaten der Blattschneiderameisen Atta? Atta cephalotes beim Ernten Atta cephalotes, Serafo Wikipedia

26 5. Wie funktionieren die Staaten von Atta? Aufgabenteilung in der Atta-Kolonie: 1. Königin 2. Junge Geschlechtstiere 3. Erntearbeiterinnen und Soldatinnen 4. Arbeiterinnen, die das Substrat vorbereiten, und Brutpflegerinnen 5. Pilzpflegerinnen u. ernterinnen 6. Müllwerkerinnen u. Totengräberinnen 7. Gründer-Arbeiterinnen und Begleiterinnen der Erntearbeiterinnen (Pygmäen)

27 5. Wie funktionieren die Staaten von Atta?

28 6. Literatur Hölldobler, Bert & Wilson, Edward O.: Der Superorganismus, Springer 2010 Goulson, Dave: Und sie fliegt doch, Hanser Rachel Carson: Der stumme Frühling, Beck 2013, erste Ausg