Biologenteam der Universität Jena entdeckt in Fossilien frühesten Beweis für kooperatives Verhalten bei Ameisen

Ameisen leben in arbeitsteilig organisierten Staaten. Drei Kasten übernehmen dabei jeweils verschiedene Aufgaben: Während die Königin Eier legt und die Männchen diese befruchten, versorgen die Arbeiterinnen den Nachwuchs und kümmern sich um Nahrung und Nestbau. In der Biologie nennt man dieses besondere Verhalten Eusozialität, die bei den Ameisen besonders komplex ausgebildet ist. Sie zeigt sich nicht nur im Verhalten, sondern auch in der Morphologie der Tiere: Geflügelte Weibchen übernehmen die Rolle der Königin, während unfruchtbare Weibchen ohne Flügel die Aufgaben der Arbeiterinnen erledigen.

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Dezember 2022
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Doch wann genau in ihrer Evolution haben Ameisen mit diesem einzigartigen Teamwork begonnen? Ein internationales Forschungsteam – unter Federführung von Biologen der Friedrich-Schiller-Universität Jena – entdeckte nun den materiellen Beweis dafür, dass Ameisen bereits vor über 100 Millionen Jahren in einem solchen Sozialsystem lebten und sich die kooperative Lebensweise bereits in der frühen Kreidezeit herausbildete. Ihre Ergebnisse präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Forschungsmagazin „Zoological Journal of the Linnean Society“.

Erstmals Ameisenpuppe in kreidezeitlichem Bernstein gefunden

Für ihre Arbeit nahmen die Biologinnen und Biologen vier in Bernstein eingeschlossene Fossilien sehr genau unter die Lupe. Bei den vier Tieren handelte es sich um drei weibliche erwachsene, flügellose Ameisen und eine nicht vollständig entwickelte Puppe – die erste Ameisenpuppe, die jemals in einem kreidezeitlichen Bernstein gefunden wurde. „Mithilfe von Mikro-Computertomographie-Aufnahmen konnten wir feststellen, dass die Weichgewebe der Insekten hervorragend erhalten geblieben sind“, erklärt Dr. Brendon E. Boudinot, der derzeit im Rahmen eines Humboldt-Forschungsstipendiums an der Universität Jena forscht. „Wir konnten so etwa den Aufbau des Gehirns, die Struktur des Nervensystems und die Querstränge der Muskeln genau untersuchen und somit die vier Exemplare untereinander vergleichen.“

In Bernstein aus der Kreidezeit eingeschlossene Fossilien von weiblichen Ameisen und einer Puppe. (Foto: Shûhei Yamamoto)
In Bernstein aus der Kreidezeit eingeschlossene Fossilien von weiblichen Ameisen und einer Puppe. (Foto: Shûhei Yamamoto)

Sensationelle Entdeckungen

Dank dieser Einblicke in die innere Anatomie der Ameisen war es den Forschenden möglich, Rückschlüsse auf die Artzugehörigkeit zu ziehen – und dabei zwei spektakuläre Entdeckungen zu machen: Zum einen gehören zwei der erwachsenen Tiere zu einer bisher unbekannten Art der ausgestorbenen Ameisen-Gattung Gerontoformica, die die Experten hierdurch erstmals genauer beschreiben konnten.

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Zum anderen entstammen die dritte ausgewachsene Ameise und die Puppe der gleichen Art: Gerontoformica gracilis. „Da Ameisenpuppen sich nicht fortbewegen können, liegt der Schluss nahe, dass das ausgewachsene Tier sie getragen hat“, sagt Boudinot. „Dieser sogenannte Bruttransport ist ein einzigartiges Merkmal des arbeitsteiligen Zusammenlebens von Ameisen. Das Fossil liefert somit den ersten materiellen Beweis für kooperatives Verhalten aus der Kreidezeit.

Diese Ameisen kümmerten sich gemeinsam um ihre Jungen, gingen gemeinsam auf Nahrungssuche und hatten unterschiedliche Königinnen- und Arbeiterkasten.“ Damit stellten die fossilen Vertreter der ausgestorbenen Ameisen-Gattung ein wichtiges Verbindungsstück – ein sogenanntes „missing Link“ – zwischen den heutigen Ameisen und ihren nächsten Verwandten dar, das bestätige, dass sich das spezialisierte Sozialsystem der Ameisen in der frühen Kreidezeit – zur Zeit der Dinosaurier – entwickelt hat.

Neue Erkenntnisse über die Evolution der Ameisen

Die Arbeit mit den vier fossilen Ameisen haben den Forschenden gezeigt, welche Fülle an Informationen sich mit den hochauflösenden Abbildungsmöglichkeiten hervorbringen lassen. „Wir können nun neue Erkenntnisse über die Entwicklung der inneren Anatomie fossiler Insekten ableiten und Verwandtschaftsverhältnisse fossiler Arten untereinander und mit den heute lebenden Arten viel genauer klären“, sagt der US-amerikanische Entomologe. Wie etwa entstanden die beiden unterschiedlichen weiblichen Formen der Ameisen – Königinnen und Arbeiterinnen?

Bildeten sich etwa zuerst die Flügel zurück und dann die Fruchtbarkeit, führte die einsetzende Sterilität zum Verlust des Flugapparats oder fanden beide Entwicklungen gleichzeitig statt? Auf solche Fragen zur Evolution der Ameisen können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dank der neuen Erkenntnisse und Methoden möglicherweise bald Antworten liefern. Damit verbunden ergeben sich zudem neue Forschungsfragen im Bereich der Soziobiologie, etwa zur Entstehung der Eusozialität.

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Info, Ute Schönfelder // UNI Jena 
Foto: Shûhei Yamamoto // UNI Jena