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Ameisen in Einzelhaft

(02.11.2021) Bei isoliert gehaltenen Ameisen sinkt die Abwehr­bereit­schaft des Immun­systems. Hier zeigen sich erstaunliche Parallelen zu Säugetieren.
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Soziale Isolation – dieses Schlagwort hat durch die inzwischen fast zwei Jahre andauernde COVID-19-Pandemie eine ganz neue Bedeutung gewonnen. Obwohl sich erste Tendenzen zu ihren Folgen abzeichnen, ist wohl noch weitgehend unklar, wie die Zeit der Kontakt­beschrän­kungen bis hin zum vollständigen Lockdown betroffene Menschen in ihrem Verhalten und ihrer Psyche verändert hat. Fest steht jedoch, dass Einsamkeit den Menschen als soziales Wesen nicht nur unglücklich, sondern oft auch krank macht. So nehmen Depressionen, aber auch Entzündungen, Krebserkran­kungen und Infektionen zu, während im Gegenzug kognitive Fähigkeiten oft abnehmen. Zudem neigen einsame Menschen auf lange Sicht zu ungesundem Verhalten wie Rauchen oder die Vernach­lässigung der eigenen Körperpflege. Im Tierversuch werden Ratten und Mäuse ängstlicher und weniger entde­ckungsfreudig, wenn sie von ihren Artgenossen getrennt werden. Und Jungtiere, die ohne ihre Mutter aufwachsen müssen, sind im späteren Leben ebenfalls schlechtere Eltern.

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Unbekanntes Verhalten

Auch soziale Insekten leben in Gruppen, in denen sie ihre Arbeit aufteilen und für das Überleben aufeinander angewiesen sind. Umso erstaunlicher, dass kaum etwas darüber bekannt ist, wie sie mit sozialer Isolation umgehen. Eine Studie hierzu veröffentlichte kürzlich eine Arbeits­gruppe um Susanne Foitzik. Die Lehrstuhl­inhaberin am Institut für Organis­mische und Molekulare Evolutions­biologie der Universität Mainz war zuvor an der Ludwig-Maximilians-Universität München Professorin für Verhaltens­ökologie.

Im Spannungsfeld dieser beiden Fachgebiete liegen die vielfältigen Forschungs­themen, die die Mainzer aktuell bearbeiten. „Ich interessiere mich für die Evolution des Verhaltens von sozialen Insekten wie Ameisen und Bienen und die molekularen Grundlagen dahinter“, fasst Foitzik zusammen. „Ameisen sind ein Modellsystem für phäno­typische Plastizität – also dafür, dass sich trotz des gleichen Genoms ganz unterschiedliche Phänotypen ausbilden können. So untersuchen wir beispiels­weise, welchen Einfluss Parasiten wie Bandwürmer auf die Lebens­erwartung von Ameisen haben, wie Arbeits­teilung entsteht und wie sklaven­haltende Ameisen und ihre versklavten Wirte gemeinsam evolvieren.“

Ein weiteres Projekt beleuchtet die Frage, inwieweit Ameisen die Gruppe brauchen. „Es gibt keine Ameise, die dauerhaft alleine lebt“, so Foitzik. „Wir haben uns deshalb gefragt, ob die Tiere ihre Nestgenossen brauchen, wenn ihr Überleben nicht davon abhängt. Dafür haben wir Ameisen isoliert gehalten, aber mit Wasser und Honig gefüttert. Wir wollten wissen, wie sich ihr Verhalten, aber auch ihre Genaktivität verändert, wenn sie alleine leben müssen.“ Durchgeführt wurden die Experimente vor allem von Inon Scharf von der Tel Aviv University, der früher bereits drei Jahre als Postdoc bei Foitzik gearbeitet hatte und nun für ein Sabbatical nach Deutschland zurückkehren konnte.

Einsame Ameisen

Als Untersuchungsobjekt fiel die Wahl auf Temno­thorax nylanderi, eine in Deutschland heimische Ameisenart, deren kleine Kolonien aus etwa vierzig bis fünfzig Tieren in einer einzigen Eichel Platz haben. Für die Versuche ist das von Vorteil, wie die Studien­leiterin erklärt: „Von T. nylanderi lassen sich im Freiland viele Kolonien finden, die wir leicht im Labor halten können. Außerdem sind die Arbeite­rinnen mit ein bis zwei Jahren und Königinnen sogar mit bis zu zwanzig Jahren Lebens­erwartung sehr langlebig. Sie können aus Erfahrung lernen und zeigen eine große Plastizität im Verhalten. Im Unterschied zu großen Kolonien haben die einzelnen Arbeite­rinnen auch eine gewisse Individualität.“

Foitzik und ihr Team sammelten insgesamt 14 Ameisen­kolonien mit durch­schnittlich jeweils 130 Arbeiterinnen und mindestens 30 Larven, die im Labor ein künstliches Nest bezogen. Rund 500 Arbeite­rinnen setzten sie jeweils einzeln in die Arena (eine Petrischale), wo die Tiere entweder für eine Stunde, einen Tag, 7 Tage oder 28 Tage alleine gehalten wurden. Nach der jeweiligen Zeit bestimmten die Mainzer bei einigen Arbeite­rinnen das Körpergewicht und analysierten die Transkription im Gehirn, um Verän­derungen in der Genaktivität durch die soziale Isolation aufzudecken. Experimente mit anderen Tieren sollten zeigen, ob sich das Verhalten, insbesondere die soziale Kompetenz, verändert hatte. Dazu präsentierten die Forscher den isolierten Ameisen entweder eine Artgenossin aus einem fremden Nest, eine Nest­genossin oder eine Larve aus der eigenen Kolonie. Sie beobachteten außerdem, wie viel Zeit die Tiere mit der eigenen Körper­pflege verbrachten, generell aktiv waren oder sich am Rand der Arena aufhielten.

Entgegen der Erwartungen von Foitzik und ihrem Team änderte sich die Aktivität der Tiere allerdings kaum. Auch das Interesse an fremden Artgenossen blieb in etwa gleich. Dafür suchten die Ameisen tatsächlich immer weniger Kontakt zu Nest­genossen, je länger sie zuvor alleine gewesen waren. Um die Versuche nicht durch das Verhalten der eingesetzten Tiere zu verfälschen, waren diese kurz zuvor getötet worden. Da sich Ameisen am Geruch erkennen und dieser auch nach dem Tod noch eine Weile erhalten bleibt, hatte dies auf die Versuchs­tiere keinen Einfluss. Im Unterschied zu den adulten Nestgenossen wurden Larven nach einer Zeit der Isolation sogar etwas stärker beachtet. Möglicher­weise hängt das damit zusammen, dass Larven im Nest protein­reiche Nahrung für die Arbeite­rinnen vorverdauen. „Da unsere Versuchs­tiere proteinarm ernährt wurden, ist es möglich, dass sie bei den Larven Sekret aufnehmen wollten“, erklärt Evolutionsbiologin Foitzik.

Wenn das Immunsystem leidet

Insgesamt scheinen die Tiere durch die Isolation also etwas weniger sozial­kompetent zu werden. „Dass die Verhaltens­änderungen so gering waren, hat uns erstaunt“, gibt Foitzik zu. „Am auffälligsten war eigentlich, dass die Tiere sich mit zunehmender Isolation immer weniger geputzt haben.“ Dieses Ergebnis hat durchaus Bedeutung für die Gesundheit der Tiere, denn beim sogenannten Self-Grooming wird der Körper mit den Vorder­beinen geputzt, um Pilze und Bakterien abzustreifen. Außerdem sorgt es dafür, dass Drüsensekret, das den Körper­geruch bestimmt, gleichmäßig über den Körper verteilt wird.

Viel ausgeprägter waren die Veränderungen der Genaktivität im Hirngewebe. Überraschend waren die Ergebnisse auch hier, wie Foitzik erzählt: „Wir hatten erwartet, dass sich vor allem verhaltens­bezogene Gene verändern. Zwar wurden Gene für die Produktion der Neuro­transmitter Dopamin und Serotonin bei längerer Isolation weniger stark exprimiert, hier hätten wir aber ein stärkeres Signal erwartet.“ Die Daten der Transkriptions­analyse deuten auch darauf hin, dass isolierte Individuen mehr Juvenil­hormon im Körper aufweisen. Das Hormon steuert das Verhalten der Tiere, etwa den Wechsel von Tätigkeiten im Nest wie Brutpflege hin zu Tätigkeiten außerhalb des Nests wie Nahrungs­beschaffung. Die stärksten Veränderungen fanden sich aber bei der Aktivität von Genen, die mit der Funktion des Immunsystems zusammen­hängen. Genau wie bei Säugetieren scheint also das Immunsystem bei fehlendem Kontakt zu Nestgenossen zu leiden. „Dies ist eine erstaunliche Überein­stimmung, wenn man bedenkt, dass Insekten und Säugetiere evolutiv weit voneinander entfernt sind“, freut sich die Evolutions­biologin.

Schneller krank?

Für die isolierten Ameisen bedeutet das, dass sie vermutlich anfälliger gegenüber Infektionen sind. Da sie sich außerdem weniger putzen, sind sie durch das geschwächte Immun­system besonders gefährdet. Überprüft werden konnte dieser Zusammen­hang allerdings in der veröffent­lichten Studie noch nicht, weil die Tiere für die Transkriptions­analyse geopfert werden mussten. Eine aktuell laufende Folgestudie soll aber genau das in den Blick nehmen. „Die Überle­bensrate unserer Versuchs­tiere hat sich durch die Isolation nicht verändert“, so Foitzik. „In unseren laufenden Versuchen wollen wir nun weitergehen. Dafür konfrontieren wir das Immunsystem gezielt mit einer bakteriellen Infektion oder einer künstlichen Verletzung, um zu sehen, ob die Tiere in Isolation weniger gut damit klarkommen.“

Dabei betrachten die Mainzer auch, ob sich das Darm­mikrobiom und der Körpergeruch der Tiere durch die Isolation verändern. Ersteres hat einen großen Einfluss auf das Immun­system, Letzteres lässt Rückschlüsse auf die Physiologie und den Gesundheits­zustand der Tiere zu. Falls sich der Geruch der Tiere tatsächlich ändern sollte, stellt sich die Frage, wie die Nestbewohner auf zurück­kehrende Artgenossen reagieren.

Bei anderen Ameisenarten könnten die gemessenen Effekte sogar größer sein als bei T. nylanderi, vermutet Foitzik: „Ihre Arbeite­rinnen jagen im Unterschied zu Arbeite­rinnen anderer Arten meist alleine. Eine gewisse Resistenz gegenüber Einsamkeit ist deshalb anzunehmen.“ Dann fügt die Forscherin hinzu: „Unsere Studie zeigt erstmals, dass Ameisen genau wie Menschen auf soziale Isolation reagieren, indem ihre Immun­kompetenz sinkt.“ Dass Einsamkeit krank macht, gilt also wohl auch für Ameisen.

Larissa Tetsch

Scharf I. et al. (2021): Social isolation causes downregulation of immune and stress response genes and behavioural changes in a social insect. Mol Ecol, 30(10):2378-89

Bild: AG Foitzik

Dieser Artikel erschien zuerst in Laborjournal 10-2021.


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Letzte Änderungen: 02.11.2021