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Neues aus dem Nest

Insulin als Königinnenmacher, Kommunikation über Düfte und Co.: Der Forscher Daniel Kronauer lädt beim Science Talk zu einer Reise in die faszinierende Welt der Ameisen ein.

Science Talk

Ein Ameisenhaufen ist nur auf den ersten Blick chaotisch. Die emsig umherkrabbelnden kleinen Wesen leben in Insektenstaaten mit manchmal Millionen Angehörigen. Dabei weiss jede Einzelne stets genau, was ihre Aufgabe ist – vom Eierlegen bis zum gemeinsamen Jagen oder gar polizeidienstlichen Aufgaben. Seit über hundert Jahren widmen sich Wissenschaftler bereits diesen «eusozialen» Wesen, also Tieren mit der am höchsten ausgeprägten Form des sozialen Zusammenlebens. Erst in jüngster Zeit erreicht die Ameisenforschung Fortschritte in neuen Dimensionen in der Gentechnik. Bestimmte Fragen lassen sich erst heute beantworten, weil seit Kurzem mit der Genschere CRISPR einige Gene deaktiviert – oder gar neue hinzufügt werden können. Der Biologe Daniel Kronauer macht genau das. Der gebürtige Heidelberger arbeitet an der New Yorker Rockefeller University und beschäftigt sich mit der Neurobiologie von Ameisen. Dort möchte er sich von den Fruchtfliegenforschern und Fadenwurmexperten für neue Forschungsansätze bei den Ameisen inspirieren lassen. Im Interview erklärt er, wie wichtig das Riechen für die kleinen Tiere ist und dass es unter den Ameisen brutale Räuberbanden gibt und andere, die friedlich Pilze züchten. Aber auch was es für die Menschen bedeutet, wenn die Ameisen wegen des Klimawandels aussterben. Immerhin gibt es derzeit noch geschätzt 20’000 verschiedene Ameisenarten.

Herr der Krabbeltiere: Seit 2011 forscht Daniel Kronauer als Ameisenexperte an der Rockefeller University in New York.
Herr der Krabbeltiere: Seit 2011 forscht Daniel Kronauer als Ameisenexperte an der Rockefeller University in New York.

Woher rührt Ihr Interesse an den Ameisen?

Ich war schon als kleines Kind fasziniert von sozialen Insekten aller Art. Im Garten meiner Eltern in Heidelberg habe ich ganze Ameisenkolonien gesammelt und Bienen und Hummeln eingefangen. Manche Tierchen habe ich im Kinderzimmer gehalten und beobachtet. Angefangen zu studieren habe ich in Heidelberg, bin dann aber nach Würzburg gewechselt an den Lehrstuhl für Soziobiologie und Verhaltensökologie. Der damalige Leiter Bert Hölldobler ist einer der ganz Grossen auf dem Gebiet der Ameisenforschung. Er war Mitautor des 1990 erschienenen Sachbuchs «The Ants», das auch den Pulitzerpreis gewonnen hat. Er war eines meiner Idole, bei ihm wollte ich unbedingt arbeiten.

Im Gegensatz zu Ihren Studienobjekten sind Sie Single – nämlich der einzige Ameisenforscher an der Rockefeller University in New York?

Ja, seit 2011 forsche ich hier in New York als einziger Ameisenexperte. Ich möchte die Ameisenforschung auf dem Gebiet der Neurobiologie und der Genetik voranbringen, die Evolution und das Verhalten der Tiere erforschen. Konkret geht es mir darum herauszufinden, inwieweit das Sozialverhalten der Ameisen genetisch bedingt ist und wie es auf molekularbiologischer Ebene gesteuert wird. Trotzdem können wir, wenn wir die Genetik und Neurobiologie von Ameisen verstehen, auch etwas über die Menschen lernen, denn wir teilen mehr miteinander, als wir vermuten!

Was macht Ameisen so speziell?

Es gibt zigtausende Ameisenarten. Die meisten haben eine Königin, aber nicht alle! Trotzdem ist das eines der wichtigsten Merkmale bei einem Insektenstaat: die Arbeitsteilung zwischen der Königin, die die Eier legt und sonst fast nichts macht, und den Arbeiterinnen, die sich um die Nahrungssuche kümmern, um die Brutpflege, den Erhalt der Kolonie. Die Königin legt fast ununterbrochen Eier, und aus denen schlüpfen Larven, um die sich dann die Arbeiterinnen kümmern. Die Arbeiterinnen selbst legen normal keine Eier. Ob aus einer Larve nun eine Königin oder eine normale Ameise heranwächst, hängt in den meisten Fällen aber nicht von der Vererbung ab, sondern von entwicklungsbiologischen Prozessen. Was Königinnen von Arbeiterinnen im Erwachsenenstadium unterscheidet, damit haben wir uns in unserem letzten Forschungsprojekt beschäftigt.

Besonderheit: Für seine Forschungen bevorzugt er eine Ameisenart, die ohne Königin auskommt.
Besonderheit: Für seine Forschungen bevorzugt er eine Ameisenart, die ohne Königin auskommt,

Was haben Sie entdeckt?

Wir haben mehrere Arten von Ameisen ausgesucht und im Labor untersucht, was bei den Königinnen und den Arbeiterinnen jeweils im Gehirn vor sich geht. Wie aktiv sind welche Gene zu welcher Zeit? Aufgefallen ist uns dabei vor allem eines: das Insulin-Gen. Es war immer sehr aktiv bei den Königinnen. Dieses Gen steuert die Ameisenversion von Insulin, also das, was auch wir Menschen haben – Insulin regelt ja den Blutzuckerspiegel. Was aber noch interessanter war: Die Insulinproduktion wird bei den Ameisen nicht nur über die Ernährung gesteuert, sondern auch sozial: Sobald Larven da sind, haben die Arbeiterinnen einen geringeren Insulinspiegel. Als Reaktion darauf kümmern sie sich um die Larven. Die Königinnen brauchen einen konstant hohen Insulinspiegel, um ständig Eier zu legen. Wir haben nun in einem Versuch den Arbeiterinnen Insulin injiziert. Daraufhin haben auch die Arbeiterinnen Eier gelegt, auch wenn bereits Larven vorhanden waren. Man kann also die Arbeiterinnen sozusagen in Königinnen umwandeln, wenn man ihnen Insulin gibt. Es gibt aber auch Hinweise, dass der Insulinspiegel bei Larven, die sich zu Königinnen entwickeln, bereits höher ist als bei Larven, die sich zu Arbeiterinnen entwickeln. Insulin scheint also während der Entwicklung und auch bei den erwachsenen Ameisen eine wichtige Rolle zu spielen.

Faszinierend. Eine weitere Besonderheit bei den Ameisen ist ja der Geruchssinn. Auch dazu haben Sie geforscht.

Genau. Der Geruchssinn ist wichtig für die Kommunikation, die bei den Tieren über Pheromone, also Duftstoffe, geschieht. Ameisen sind wie kleine krabbelnde Chemiefabriken! Die haben unglaublich viele Pheromondrüsen, in denen sie verschiedene Pheromone entwickeln und abgeben. Die Tiere finden über die Duftstoffe beispielsweise den Weg zurück nach Hause, es ist also eine Art Navigationssystem, das Ordnung in diesen riesigen Staat, in dieses Gewusel, wie es uns erscheint, bringt. Die Ameisen kennen sich dank Pheromonen nicht nur örtlich aus, sie kommunizieren auch mit den anderen Ameisen auf diesem Weg. Vor zwei Jahren haben wir ein wichtiges Gen für die Duftrezeption in der Ameise ausgeschaltet. Da die Ameisen wie gesagt über Duftstoffe kommunizieren, konnten die Tiere, bei denen das Gen ausgeschaltet war, nicht mehr an der Gesellschaft teilnehmen. Sie konnten nicht mehr riechen und verhielten sich deshalb vollkommen orientierungslos. Sie wurden asozial, gingen nicht mehr ins Ameisennest hinein und konnten auch die Artgenossen nicht erkennen.

«Wenn wir die Genetik und Neurobiologie von Ameisen verstehen, lernen wir auch etwas über die Menschen.»
-Daniel Kronauer

Für Ihre Forschungsarbeit haben Sie ja eine ganz spezielle Ameisenart gezüchtet?

Wir haben eine Ameisenart für unsere Forschungen ausgewählt, die keine Königin hat, die aber im Sozialverhalten genauso komplex ist wie andere Ameisen. Es gibt bei ihnen nur Arbeiterinnen, allerdings können die sich alle fortpflanzen, was sehr ungewöhnlich ist. Zudem müssen sich die Arbeiterinnen nicht verpaaren, sondern sie pflanzen sich asexuell fort, sie klonen sich sozusagen. Für uns bedeutet das wiederum: Sobald wir ein Individuum genetisch modifiziert haben, können wir eine mutierte Linie grossziehen. Anders bei den Arten mit Königin: Da wissen wir nie, geht jetzt eine Königin aus dieser Linie hervor oder nicht.

Wie heisst diese Art, die Sie als Modell verwenden?

Die Art heisst Klonale Räuberameise, sie kommt ursprünglich aus Bangladesch, wurde aber vom Menschen auf der ganzen Welt verbreitet. Man findet sie vor allem auf tropischen und subtropischen Inseln. Ich selbst habe die Klonale Räuberameise für meine Zwecke auf Inseln in Japan und der Karibik gesammelt. In unseren Breitengraden existiert sie allerdings nicht. Die Arbeiterinnen in einer Kolonie legen über einen Zeitraum von drei Wochen Eier, und wenn aus den Eiern Larven schlüpfen, wechseln sie in einen Modus, in dem sie sich wieder wie typische Arbeiterinnen verhalten, auf Nahrungssuche gehen und sich um die Aufzucht der Brut kümmern.

Fleischfresser oder Vegetarier: Worin unterscheiden sich Ameisenarten sonst noch?

Grundsätzlich gibt es eine riesengrosse Vielfalt im Aussehen und im Verhalten von Ameisen. Es gibt Ameisen, die sind Jäger, zum Beispiel die Wanderameisen, an denen ich auch forsche. Sie leben in Völkern mit mehreren Millionen Ameisen, sie wandern durch Regenwälder und jagen andere tropische Insekten, sind also Jäger und Fleischfresser. Andererseits gibt es aber auch sogenannte Blattschneiderameisen, die tragen Blätter heim, züchten darauf Pilze und ernähren sich von diesen Pilzen.

Vorbild auf sechs Beinen: Was können wir denn nun für die Menschen lernen durch Ihre Ameisenforschung?

In meinem Labor geht es im Grossen und Ganzen um zwei Fragen: Das eine ist das Sozialverhalten und dessen Steuerung im Gehirn. Viele der Moleküle, die bei den Ameisen eine Rolle spielen, kommen auch beim Menschen vor. Indem wir zum Beispiel die Rolle von Insulin bei den Ameisen erforschen, können wir hoffentlich auch etwas über die Funktion dieses Botenstoffs beim Menschen lernen. Die Ameisen kann man halt leichter erforschen als den Menschen. Die andere Frage dreht sich darum, wie komplexe biologische Systeme organisiert sind und funktionieren. Systeme also, die aus vielen miteinander interagierenden Komponenten bestehen. Ein Beispiel sind natürlich Ameisen in einem Ameisenstaat, ein anderes Beispiel wären Nervenzellen in einem Gehirn. Durch unsere Studien an Ameisen hoffen wir besser zu verstehen, welche Prinzipien solchen Systemen zugrunde liegen.

Derzeit ist vor allem das Insektensterben in den Medien präsent. Wie geht es den Ameisen?

Wie stark Ameisen davon betroffen sind, ist im Moment noch schwierig zu sagen, denn die Studien zum Insektensterben sind relativ neu und thematisieren vor allem fliegende Insekten. Aber der allgemeine Trend ist eigentlich überall spürbar: Als wir früher mit dem Auto in den Urlaub fuhren, von Deutschland nach Südfrankreich, musste man mehrere Male anhalten und die Windschutzscheibe von toten Insekten reinigen. Heute kann man problemlos durchfahren. Es ist anzunehmen, dass Ameisen genauso unter Pestiziden und Lebensraumzerstörung leiden wie andere Insekten.

Gefahr fürs Ökosystem? Was droht der Erde, wenn es keine Ameisen mehr gibt?

Ameisen sind bedeutend für unsere Ökosysteme. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Umwälzung des Bodens, sie fressen tote Insekten und Tiere, können Schädlinge in Schach halten, bewohnen Pflanzen und verteidigen diese gegen andere Insekten. Bei den Wanderameisen, die ich erforsche, gibt es Vögel, die sich von den Insekten, die von den Wanderameisen aufgescheucht werden, ernähren. Auch existieren Hunderte von weiteren Insektenarten, die als sogenannte Ameisengäste nur in den Kolonien von Wanderameisen leben. Ohne die Wanderameisen sterben auch die Ameisengäste und Vögel aus, und die ganze Gemeinschaft der Beutetiere verändert sich. Das Ökosystem in seiner Gesamtheit ist also betroffen, wenn es Ameisen nicht mehr gibt.

Vielen Dank für das Gespräch.

Lebenslauf

Modellfall Ameise

Daniel Kronauer ging nach seinem Studium der Biologie in Heidelberg, Würzburg und Kopenhagen in die USA und war zunächst Junior Fellow an der Harvard University. Seit 2011 arbeitet er als Gruppenleiter im Labor für soziale Evolution und Verhalten an der Rockefeller University in New York. In seinen Forschungen beschäftigt er sich mit der Frage, wie das Sozialverhalten von Ameisen auf molekularer Ebene funktioniert und wie sich der soziale Zusammenhalt von Ameisen in der Evolutionsgeschichte entwickelt hat. Für seine Forschungen an der Rockefeller University entwickelte er ein eigenes Modellsystem aus einer Ameisenart.

© Daniel Kronauer, Alex Wild, Rockefeller University, beigestellt