Die springende Ameise eines Arbeiters Jerdon ermordet eine Königin. (Kalyan Varma/Wikimedia Commons/CC 4.0) 
Eine leichte Änderung der Aktivierung eines einzelnen Proteins könnte darüber entscheiden, ob einige Ameisen einfache Arbeiterinnen oder Fortpflanzungsköniginnen werden. laut einer neuen Studie .
Während die meisten Ameisenarten in ihrer Kolonie in eine bestimmte Kaste hineingeboren werden und kaum oder gar nicht in der Lage sind, die soziale Leiter zu erklimmen, ist Jerdons Springameise ( Harpegnathos Saltator ) ist etwas anders.
Wenn eine Königin dieser Art stirbt, duellieren sich die Arbeiter in der Kolonie darum, wer ihren Platz einnehmen darf. Die Ameisen, die letztendlich siegreich sind, werden zu sogenannten „Gamergates“. Diese Individuen lassen ihre Nahrungssuche beiseite und kommandieren stattdessen andere Ameisen herum und verbringen ihre Zeit mit der Fortpflanzung und dem Legen von Eiern, wobei sie im Wesentlichen die Rolle der Königin übernehmen.
Frühere Studien haben gezeigt, dass der Übergang zu einem Gamergate mit Veränderungen im Gehirn der Ameise einhergeht, darunter unterschiedliche Genexpressionen, unterschiedliche Hormonspiegel und unterschiedliche Zellzusammensetzungen. Diese regierenden Ameisen leben außerdem etwa fünfmal länger als andere Ameisenarbeiter.
Aber was genau löst diese unglaubliche Transformation in der Lebensmitte aus? Bisher war es größtenteils ein Rätsel.
„Tiergehirne sind aus Kunststoff; das heißt, sie können ihre Struktur und Funktion als Reaktion auf die Umgebung ändern“, erklärt Molekularbiologe Roberto Bonasio von der University of Pennsylvania.
„Dieser Prozess, der auch im menschlichen Gehirn abläuft – denken Sie an die Verhaltensänderungen im Jugendalter – ist überlebenswichtig, aber die molekularen Mechanismen, die ihn steuern, sind noch nicht vollständig verstanden.“
Um die Idee der Plastizität des Gehirns weiter zu erforschen, führten Bonasio und seine Kollegen eine Reihe von Experimenten an Jerdon-Sprungameisen durch, bei denen ihre Neuronen unterschiedlichen Hormonspiegeln ausgesetzt wurden.
Das Team konzentrierte seine Aufmerksamkeit auf zwei Hormone, insbesondere auf das Juvenilhormon III (JH3) und das Ecdysteroidhormon 20-Hydroxyecdyson (20E). Es wird angenommen, dass beide das Sozialverhalten von Ameisen und sogar einigen anderen sozialen Insekten wie Honigbienen regulieren.
In der aktuellen Studie stellten die Autoren fest, dass Ameisenhirne, denen ein JH3-Analogon injiziert wurde, dadurch ihre Jagdaktivität verringerten. Wenn 20E hingegen in das Gehirn injiziert wurde, stimulierte es die Aktivierung der Eierstöcke.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Signalwege dieser Hormone den Wechsel von einer sozialen Kaste in eine andere bestimmen. Aber was ist der Schalter selbst?
Durch die Isolierung spezifischer Neuronen im Ameisengehirn testeten die Forscher im Labor, wie dieser Mechanismus im Detail funktionieren könnte. Beide Sozialhormone schienen letztendlich die Ameisenneuronen zu beeinflussen, indem sie einen einzelnen Proteinfaktor aktivierten, der als Krüppel-Homolog 1 (Kr-h1) bekannt ist.
Kr-h1 ist so etwas wie ein Lichtschalter, und die Hormone sind die Finger, die entweder den Gehirnzustand des Arbeiters oder den Gehirnzustand des Spielers ein- oder ausschalten.
Insbesondere scheinen diese Hormone Einfluss darauf zu haben, an welche Gene Kr-h1 letztendlich innerhalb der neuronalen Zelle bindet.
Was den Hormonspiegel bei Arbeiterameisen betrifft, so scheint Kr-h1 mit Gamergates assoziierte Gene zu binden und zu unterdrücken. Unterdessen scheint das Protein bei den in Gamergates beobachteten Hormonspiegeln arbeiterbasierte Genwege zu unterdrücken.
Als dieses Protein vollständig aus den Neuronen von Ameisen entfernt wurde, fanden Forscher heraus, dass Gamergate-Ameisen begannen, sich wie Arbeiter zu verhalten, und Arbeiterameisen begannen, sich wie Gamergates zu verhalten.
„Wir hatten nicht damit gerechnet, dass dasselbe Protein verschiedene Gene im Gehirn verschiedener Kasten zum Schweigen bringen und infolgedessen das Verhalten von Arbeitern in Gamergates und das Gamergate-Verhalten von Arbeitern unterdrücken könnte.“ sagt Bonasio.
„Wir gingen davon aus, dass diese Aufgaben zwei oder mehr verschiedenen Faktoren zugeordnet werden, von denen jeder nur in dem einen oder anderen Gehirn vorhanden ist.“
Während die Ergebnisse sicherlich darauf hindeuten, dass es zwei wichtige soziale Hormone gibt, die das Kastenverhalten bei Jerdons Springameisen steuern, und dass dies über einen einzigen Proteinfaktor geschieht, werden wir weitere Forschung benötigen, um dies tatsächlich zu beweisen.
Darüber hinaus wollen die Autoren der Studie untersuchen, ob die Rolle von Kr-h1 auch in anderen sozialen Organismen mit ähnlichen neurologischen Hormonen existiert.
Im Moment ist die Kernaussage jedoch, dass es offenbar mehrere mögliche Verhaltensweisen gibt, die in das Genom der Ameise eingeschrieben sind, und dass die Genregulation Einfluss darauf haben kann, welches Verhalten letztendlich die Oberhand gewinnt.
'Mit anderen Worten,' sagt Epigenetiker Shelley Berger von der University of Pennsylvania: „Die Teile von Dr. Jekyll und Mr. Hyde sind bereits in das Genom eingeschrieben; „Jeder kann eine der beiden Rollen spielen, je nachdem, welche Genschalter ein- oder ausgeschaltet sind.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Zelle .