Ludwig-Maximilians-Universität München
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Ameisen und Epiphyten

Partnerschaft gekündigt

München, 27.03.2017

Viele Ameisenarten leben in einer Symbiose mit Pflanzen, von der beide Partner profitieren. LMU-Wissenschaftler zeigen, dass diese Partnerschaft im Lauf der Evolution auch wieder aufgelöst werden kann.

Epiphyt mit mehreren Eingangslöchern in das Domatium. Foto: Dr. Ulrike Bauer

In den Wipfeln tropischer Urwaldriesen sind Nährstoffe knapp. Zahlreiche Epiphyten leben deshalb in einer Symbiose mit Ameisen, von der beide Partner profitieren: Die Pflanzen bieten den Insekten einen geschützten Lebensraum und Nektar, im Gegenzug düngen die Ameisen den Epiphyt mit ihren Fäkalien. Die Entstehung und Weiterentwicklung von Symbiosen liefert wichtige Hinweise auf ökologische und evolutionsbiologische Zusammenhänge. LMU-Wissenschaftler um die Biologin Professor Susanne Renner haben nun untersucht, ob eine solche Partnerschaft auch wieder gelöst werden kann. Ihre Ergebnisse, über die sie in der Fachzeitschrift PNAS berichten, zeigen, dass die Symbiose zwischen Ameise und Epiphyt keine evolutionäre Einbahnstraße ist.

Im Fokus der Untersuchungen stand die weltweit artenreichste Gruppe epiphytischer Ameisenpflanzen, die Hydnophytinae, die zur Familie der Kaffeegewächse gehören. Von diesen Pflanzen gibt es in etwa 100 Arten in Südostasien. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie spezielle Hohlräume mit präformierten kleinen Eingangslöchern bilden, sogenannte Domatien, die von den Ameisen als sicherer Nistplatz genutzt werden. Dabei gibt es sowohl spezialisierte Arten, die immer eine – in einigen Fällen sogar existenzielle – Partnerschaft mit bestimmten Ameisenarten eingehen, als auch Generalisten, die Ameisen aus ganz verschiedenen Gattungen beherbergen. Der Durchmesser der Eingangslöcher in das Domatium, der von der Pflanze vorgegeben wird, ist dabei ein wichtiger Marker für die Spezifität der Symbiose: Sehr kleine Löcher schließen alle potenziellen Mitbewohner aus, die größer sind als der angepasste Ameisenpartner. Domatien mit größeren Eingängen dagegen bieten einen weniger exklusiven Wohnraum und werden auch von größeren Tieren bis hin zu Fröschen genutzt.

Renner und ihr Mitarbeiter Guillaume Chomicki haben daher die Größe der Eingangslöcher zahlreicher auf den Fiji-Inseln vorkommender Hydnophytinae-Arten vermessen und daraus Rückschlüsse auf die Spezifität der Partnerschaft gezogen, die die Pflanzen mit Ameisen eingegangen sind. Zusätzlich analysierten sie mithilfe einer sogenannten molekularen Uhr die Stammesgeschichte der beteiligten Pflanzen. „Im Verlauf von wenigen Millionen Jahren ist mindestens zwölfmal eine Partnerschaft zwischen Epiphyt und Ameise zusammengebrochen“, sagt Renner. „Dies schließen wir daraus, dass stammesgeschichtlich ältere Arten kleine Eingangslöcher besitzen, während einige ihre jüngeren Nachfahren wieder größere Zugänge haben.“

Auffallend war, dass vor allem Hydnophytinae-Arten, die in Höhen über 1500 Meter leben, größere Eingangslöcher besitzen. „Je höher die Lage, desto größer waren auch die Löcher“, sagt Renner. „Die Besiedlung durch Ameisen dagegen wurde mit steigender Höhe geringer.“ In den Tropen nimmt bei Ameisen sowohl der Artenreichtum als auch die Anzahl der Individuen mit steigender Höhe ab. Die Wissenschaftler gehen daher davon aus, dass Pflanzen, die in großen Höhen leben, nicht mehr verlässlich von Ameisen besiedelt werden. Deshalb vermuten sie, dass Symbiosen dann zusammenbrechen, wenn ein Epiphyt im Verlauf der Evolution neue Lebensräume in größeren Höhen besiedelt. Allerdings ist das vermutlich nur möglich, wenn die Partner nicht existenziell aufeinander angewiesen sind – zumindest haben die Wissenschaftler bisher noch keinen Fall gefunden, bei dem eine obligate Partnerschaft aufgegeben wurde.
PNAS 2017