Wie ein Käfer im Ameisenland

Früher musste ich mit meinen Eltern im August immer in den Wald um massenhaft Pfifferlinge zu sammeln. Dort krabbelt ziemlich viel Zeug mit unterschiedlich vielen Beinen herum. Ameisenhaufen, inklusve den dazugehörigen Straßen, fand ich dabei immer besonders interessant. Die kleinen Dinger können ja bekanntlich nicht nur ein Vielfaches ihres eigenen Gewichts tragen, sondern kooperieren auch so intensiv miteinander, dass sie einen Superorganismus bilden. Da man sich in der Gemeinschaft immer stärker fühlt, werden von ihnen so auch gerne viel größere Insekten angegriffen. Wenn man als Käfer Ameisen als seine Hauptnahrungsquelle auserwählt hat, benötigt man also Mechanismen um sie auszutricksen (oder man ist einfach ein riesiger Ameisenbär).

Ameisen besitzen ein sehr komplexes Erkennungs- und Kommunikationssystem. Dafür benutzen sie unterschiedliche Kanäle, in erster Linie Pheromone und andere chemische Signale. Es existieren daher auch verschiedene Insekten, die diese Signale imitieren um eine parasistische Existenz innerhalb der Ameisenkolonie zu führen. Dazu gehören z.B. bestimmte Schmetterlingslarven und Spinnen. Eine andere viel weniger erforschte Methode zur Kommunikation ist das erzeugen von niedrig-frequenten Tönen. Dabei wird ein sich auf dem Rücken befindener ‘Bogen’ über eine gerillte ‘Feile’ gestrichen. Die so produzierten Signale dienen zur sozialen Organisation, Rekrutierung, Paarung oder als Hilferuf. Bisher gibt es nur ein einziges dokumentiertes akkustisches Mimikry durch eine parasitische Schmetterlingslarve.

Ein besonders merkwürdiger Vertreter der sozialen Ameisenparasiten sind die Fühlerkäfer. Dieser wurden nun im Rahmen dieser Publikation näher untersucht.Der Paussini Fühlerkäfer ernährt sich in allen Entwicklungsstadien ausschließlich von Ameisen. Dazu verschafft er sich zunächst über die Ausschüttung von chemischen Signalen Zugang zur Kolonie und kann sich dort dann frei bewegen. Er frisst sogar vollkommen unbehelligt die ausgewachsenen Ameisen in der Kolonie, ohne dass die Ameisen selbst das Aggression wahrnehmen und entsprechend reagieren. Vor kurzem wurde erstmals über das Vorhandensein von Streichorganen bei Paussini berichtet. Zu sehen sind diese in der nächsten Abbildung. Links sieht man Ameisen und deren Bogen (A3, A4) und Feile (A2, A5). Rechts ist der dazugehörige parasitische Fühlerkäfer mit seinen entsprechenden Musikorganen zu sehen.

Musikorgane der untersuchten Ameisen (links) und den dazugehörigen parasitischen Fühlerkäfern (rechts) doi:10.1371/journal.pone.0130541

Credit: 2015 Di Giulio et al. doi:10.1371/journal.pone.0130541 CC BY 4.0 Musikorgane der untersuchten Ameisen (links) und den dazugehörigen parasitischen Fühlerkäfern (rechts)

Die Anwesenheit dieser Musikorgane legt es nahe, dass der Paussini Fühlerkäfer diese auch für sein parasitisches Dasein nutzt. Dazu sei noch erwähnt, dass Paussus favieri eine spezielle Ameisenart, nämlich Pheidole pallidula parasitär befällt. Der Einfachheit halber ist aber nur von ‘Ameisen’ und ‘Fühlerkäfern’ die Rede. Die Forscher begaben sich also ins Atlasgebirge auf eine Höhe von 2063 m um die Käfer und die entsprechenden Ameisenkolonien einzusammeln. Wer denkt es genüge der Wissenschaft die Käfer dann einfach in ein Glas mit Löchern im Deckel zu halten, ist weit gefehlt. Die Insekten wurden tatsächlich bei einem 12-stündigen Tag-Nicht-Zyklus gehalten unter einem Temperaturzyklus von 21-24 °C und Feuchtigkeit von 60-70%.

Anschließend wurden Tonaufnahmen der Ameisen und Käfer durchgeführt. Bei Ameisen unterscheidet man dabei drei verschiedene Kasten: Arbeiter, Soldaten und Königinnen. In einem Minitonstudio wurden dann die von einzelnen Insekten produzierten Geräusche aufgenommen und auf ihre Frequenz (Hz), Pulslänge (s) und Tonintensität (dB) hin untersucht. Dabei erzeugte jeden Ameisenkaste ein eigenes distinktes Signal, die sich entweder in der Pulslänge (Arbeiter) oder der Intensität (Soldaten udn Königinnen) unterschieden. Die Käfer erzeugten hingegen drei verschiedene Töne, die as Pa, Pb und Pc bezeichnet wurden. Zu sehen sind beispielhafte Tonaufnahmen in der nächsten Abbildung.

Tonaufnahmen der Tonsignale von verschiedenen Ameisenkasten und deren parasitären Fühlerkäfern (rechts) doi:10.1371/journal.pone.0130541

Credit: 2015 Di Giulio et al. doi:10.1371/journal.pone.0130541 CC BY 4.0Tonaufnahmen der Tonsignale von verschiedenen Ameisenkasten und deren parasitären Fühlerkäfern (rechts)

Die so erhaltenen Daten wurden anschließend noch weiter untersucht. Dazu verwendete man eine Hauptkomponentenanalyse (principle component analysis, PCA). Das ist eine statistische Methode um multivariante Daten zweidimensional darzustellen. zumeist werden in einem Datensatz mehr als zwei Variablen betrachtet (hier z.B. Frequenz, Pulslänge und Intensität). Um in komplexe Daten Zusammenhänge besser sichtbar machen zu können, projiziert man diese auf eine zweidimensionale Ebene. Wie das genau funktioniert ist z.B. hier ganz gut erklärt. Dargestellt sieht das in diesem Fall dann so aus:

Hauptkomponentenanalyse der akustischen parameter doi:10.1371/journal.pone.0130541

Credit: 2015 Di Giulio et al. doi:10.1371/journal.pone.0130541 CC BY 4.0 Hauptkomponentenanalyse der akustischen parameter

Das sieht erstmal ziemlich unübersichtlich aus. Als erstes fällt ins Auge dass die Töne einer weiteren Ameisenart (Myrmica scabrinodis) weit außerhalb liegen. Der Fühlerkäfer hat sich also bei seiner Tonauswahl spezifisch an seinen Wirt angepasst. Diese Daten wurden durch die Wissenschaftler weiteren Analysen unterzogen, so dass sie zu dem Schluss kamen, dass Pa und Pb eher Arbeiter und Soldaten entsprachen und dass Pc eine größere Ähnlichkeit mit den Tönen von Königinnen hat.

Die erhaltenen Tonaufnahmen der Käfer wurden dann in die drei verschiedenen Töne unterteilt und dann in separaten Messungen mit entsprechenden Kontrollen (white noise, kein Ton) und den Originaltönen jeweils zwei Arbeiter-Ameisen in einer gemeinsamen Box vorgespielt. Der Lautsprecher befand sich dabei unter einer Sandschicht versteckt. Der Beobachter wurde über den abgespielten Ton im Unklaren gelassen, damit er davon unbeeinflusst seine Beobachtungen dokumentieren konnte. Zwischen zwei Beobachtungen wurden die Behälter jeweils mit Ethanol gereinigt und ausgewaschen um von den Ameisen eventuell versprühte Pheromone zu beseitigen, damit die nachfolgenden Messungen nicht beeinflusst wurden. Beim Vorspielen der Käfertöne wurden verschiedene Verhaltensweisen beobachtet, u.a. walking (auf den Lautsprecher zulaufen), antennating (den Lautsprecher mit den Fühlern begrabbeln) und digging (im Sand um den Lautsprecher herum graben). Alle beobachteten Reaktionen waren dabei nicht-aggressiver Natur. Das beobachtete Verhalten war signifikant verschieden von den Verhaltensweisen, die durch die Kontrollen hervorgerufen wurden. Die Verteilung sieht insgesamt wie folgt aus:

Verhaltensweisen der Ameisen nach dem Abspielen der aufgenommenen Töne doi:10.1371/journal.pone.0130541

Credit: 2015 Di Giulio et al. doi:10.1371/journal.pone.0130541 CC BY 4.0 Verhaltensweisen der Ameisen nach dem Abspielen der aufgenommenen Töne

In dunkelgrün sind jeweils die Reaktionen auf das Pc Signal des Käfers dargestellt. Pc wurde zuvor als Nachahmung des Königinnensignals identifiziert. Hellgrün steht für verschiedene Käfertöne in Folge. Gleiche Buchstaben über den Säulen bedeuten keine Signifikanz zwischen den Daten. Die Forscher inetressiren sich dabei vor allem für die dritte Gruppe, das guarding. Dabei nahmen die Ameisen eine Haltung ein, die sie normalerweise haben, wenn die Königin in der Nähe ist, oder Objekte von großer Bedeutung für die Kolonie. Interessant ist, dass dieses Verhalten nur durch den Käfer (dunkel- und hellgrün) oder durch die Königin (rot) hervorgerufen wird. Dabei besteht kein sgnifikanter Unterschied zwischen dem Einzelton Pc und dem der Königin (beide Buchstabe a).

Gemeinsam mit den Ergebnissen der Hauptkomponentenanlyse kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Fühlerkäfer das Pc Signal dazu nutzen um von den Ameisen wie eine Königin behandelt zu werden. Zum Glück (oder leider) ist das für uns nicht ganz so leicht. Aber wir benutzen ja auch mehr als einen Ton zur Kommunikation.

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Claudia Davenport hat in Potsdam und Hannover Biochemie studiert und promoviert mittlerweile über Insulin-produziernende Surrogatzellen aus embryonalen Stammzellen zur Behandlung des Diabetes Typ 1. Wenn sie gerade mal nicht im Labor am Durchbruch arbeitet, der die Welt verändern wird, ist sie gerne im Grünen, radelt durch die Gegend oder geht Kaffee trinken.

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