Wie lange leben Termiten- und Ameisenköniginnen?

Kleintiere werden in der Regel nicht sehr alt. Da sie immer Gefahr laufen, zum schnellen Snack eines anderen Tieres zu werden, ist der beste Weg, um sicherzustellen, dass ihre Gene an die nächste Generation weitergegeben werden, so schnell wie möglich einen Haufen Welpen zu haben. Dies gilt sicherlich für Insekten, die mit wenigen bekannten Ausnahmen wie Zikaden oft eine Lebenserwartung haben, die am besten in Tagen, Wochen oder Monaten ausgedrückt wird.

Im Gegensatz dazu ziehen Tiere wie Elefanten und Menschen nur wenige Nachkommen auf und haben Körper, die Jahrzehnte überleben: Wenn Ihre Größe oder Ihr Lebensstil Schutz bieten, können Sie es sich leisten, sich Zeit zu nehmen.

Dieses gegensätzliche Muster ist so verbreitet, dass es darauf hindeutet, dass Tiere beides einfach nicht maximieren können, da Fortpflanzung und Erhaltung beide teuer sind. Je mehr Energie und Nährstoffe also ein Individuum in die Produktion von Nachkommen investiert, desto schneller altert es und desto kürzer wird sein Leben.

Doch die Königinnen sozialer Insekten wie Termiten, Ameisen, Bienen und Wespen scheinen einen Weg gefunden zu haben, ihren Kuchen zu essen und ihn zu essen.

In vielen Kolonien können Königinnen, die jeden Tag Hunderte von Eiern legen, Jahre oder sogar Jahrzehnte überleben, während Arbeiterinnen, die in ihrem Leben kein einziges Ei legen, nach einigen Monaten sterben. Anscheinend haben diese Arten einen Weg gefunden, der es zumindest einigen ihrer Arten ermöglicht, den Zwängen zu entkommen, die andere Tiere zwingen, sich zwischen Langlebigkeit und vielen Nachkommen zu entscheiden.

Vor einigen Jahren begann ein internationales Team von Biologen zu untersuchen, wie Lebewesen damit umgehen – und obwohl es noch viel zu lernen gibt, geben die ersten Ergebnisse des Projekts erste Hinweise.

Fruchtfliegen liefern Alterungshinweise

Unterschiede im genetischen Code können die ungewöhnliche Langlebigkeit von Königinnen im Vergleich zu Arbeiterinnen nicht erklären. Alle Arbeiterinnen sind Töchter der Königin, und in vielen Fällen hätte jede dieser Töchter selbst zu Königinnen heranwachsen können, wenn sie als Larven die angemessene königliche Behandlung erhalten hätten.

Aufgrund dieser engen genetischen Verwandtschaft ist es für Arbeiterinnen sinnvoll, ihr Leben der Pflege der Königin und ihrer Nachkommen zu widmen und sich um die Erhaltung und den Schutz des Nestes und der Nahrung der Kolonie zu bemühen. Indem sie die Königin sicher hält und sie mit den reichlich vorhandenen Ressourcen versorgt, die sie braucht, um jahrelang Eier zu produzieren, trägt jede Arbeiterin dazu bei, ihre eigenen Gene zu verbreiten.

Und da die Königin die einzige in einer Kolonie ist, die Eier legt, werden Kolonien mit langlebigen Königinnen wahrscheinlich größer und schicken mehr junge Königinnen aus, um neue Nester zu gründen, sowie Männchen, um sie zu befruchten.

Mit anderen Worten, argumentieren viele Wissenschaftler, es muss einen starken Selektionsdruck gegeben haben, um die Königin so lange wie möglich am Leben zu erhalten, indem sie eine verzögerte Alterung entwickeln.

Aber wie kann dies erreicht werden? Andere Insekten bieten einige mögliche Hinweise.

Es scheint, dass einige Arten ihre Investition in Körpererhaltung und Fortpflanzung je nach den Umständen in gewisser Weise kippen können. Studien haben zum Beispiel herausgefunden, dass wenn die Frucht fliegt Drosophila melanogaster eine eingeschränkte Ernährung, Es kann seine Lebensdauer erheblich verlängern, produziert aber weniger Eier.

Forscher haben auch gezeigt, dass ein ganzes Netzwerk von Genen, die an der Erkennung des Vorhandenseins von Nährstoffen wie Aminosäuren und Kohlenhydraten beteiligt sind, für diesen Effekt verantwortlich ist. Wenn die Nahrung knapp ist, sendet dieses Netzwerk Signale aus, die die Fortpflanzung verlangsamen und gleichzeitig die Langlebigkeit des Tieres und die Investitionen in Prozesse wie die Gewebereparatur erhöhen – was es dem Individuum vielleicht ermöglicht, auf bessere Tage zu warten. Einige Wissenschaftler haben auch gezeigt, dass die Lebensdauer von Fliegen verlängert werden kann, wenn einige der Schlüsselgene, die an diesem Netzwerk zur Erkennung von Nährstoffen beteiligt sind, deaktiviert werden.

Diese Fruchtfliegenarbeit zeigt, dass die Alterungsrate nicht in Stein gemeißelt ist. Stattdessen kann es bis zu einem gewissen Grad als Teil einer entwickelten Strategie angepasst werden, um Ressourcen bestmöglich zu investieren – in die Reproduktion, wenn sie reichlich vorhanden ist, und in die Wartung, wenn sie nicht vorhanden ist.

„Wenn wir über die Mechanismen des Alterns sprechen, sprechen wir normalerweise nur über die Art und Weise, wie sich die Dinge verschlechtern“, sagt der Evolutionsbiologe Thomas Flatt von der Universität Fribourg in der Schweiz, der hauptsächlich mit Fruchtfliegen gearbeitet hat und Mitautor von ist ein Artikel über das Altern von Insekten in dem Jahresrückblick auf Entomologie. „Was wir oft vergessen, ist die Kehrseite des Alterns: die Schlüsselmechanismen, die den Verfall verlangsamen.“

Um Arbeiter dazu zu bringen, Eier zu legen

Vielleicht nutzen soziale Insekten die gleichen Gene wie diese Drosophila verwendet, um die Alterungsrate anzupassen – in ihrem Fall, um das Altern von Königinnen zu verzögern?

Das Altern von Königinnen zu untersuchen ist schwierig, da es normalerweise nur eine Königin in jeder Kolonie gibt und es viele Jahre, oft Jahrzehnte dauert, bis sie altern. Um dies zu vermeiden, können Forscher die Königin entfernen, was oft dazu führt, dass einige der Arbeiterinnen anfangen, ihre eigenen Eier zu produzieren.

Es macht Arbeiterinnen sicherlich nicht vollständig zu Königinnen, aber Experimente haben gezeigt, dass es zu gesundheitlichen Vorteilen führt, die denen der langlebigen Königinnen ähneln. Das haben zum Beispiel Forscher der University of North Carolina in Greensboro in einer 2021 veröffentlichten Studie herausgefunden Arbeiterbienen, die ihre Eierstöcke reaktivierten, waren mehr resistent gegen ein Virus, das tödliche Infektionen verursachen kann.

Arbeitsbienen mit aktiven Eierstöcken überlebten auch eher eine Injektion mit Paraquat, einem Herbizid, das oxidative Schäden an Proteinen, DNA und anderen Zellbestandteilen verursacht. Schäden dieser Art werden auch langsamer durch die Abfallprodukte des normalen Stoffwechsels verursacht und gelten weithin als einer der Hauptverursacher des Alterns.

Wissenschaftler an zwei deutschen Universitäten ähnliches gesehen bei den Arbeiterinnen von drei Ameisenarten. Bei zwei der Arten nahm die Resistenz gegen oxidativen Stress zu, wenn die Königin entfernt wurde, was die Chancen der Arbeiterinnen, die Behandlung mit Paraquat zu überleben, fast verdoppelte. Bei einer dieser Arten aktivierten die Arbeiterinnen als Reaktion ihre Eierstöcke. Im anderen Fall tun sie das nicht – aber in diesem Fall können Arbeiterinnen mit einem längeren Leben Zeit gewinnen, um eine neue Königin aufzuziehen, begründet Romain Libbrecht, Evolutionsbiologe an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Mitautor der Studie.

Lehren von Termiten

Hinweise auf die Tricks gegen alternde soziale Insekten können auch von verschiedenen Termitenarten gewonnen werden, Kreaturen, die im Wesentlichen soziale Schaben sind, sagt die Evolutionsbiologin Judith Korb von der Universität Freiburg in Deutschland.

Eine der Termitenarten, die sie untersucht, ist die Trockenholztermite. Kryptothermen, verlässt nie das Nest – es bohrt nur Löcher in tote Bäume und frisst das Holz von innen heraus. Die Arbeiterinnen müssen nicht sehr hart arbeiten, behalten ihre Fortpflanzungsfähigkeit und sind immer bereit, auszuziehen, um zu versuchen, woanders eine eigene Kolonie zu gründen, wenn das Essen zur Neige geht.

Korb und Kollegen fanden heraus, dass, wenn die Arbeiter jünger sind und sich nicht fortpflanzen, Gene, die an der Bekämpfung von oxidativen Schäden beteiligt sind, sind aktiver. Doch mit zunehmender Reife und Fortpflanzungsreife nimmt die Aktivität solcher Gene ab: Der Fokus liegt nun weitgehend auf der Fortpflanzung.

Bei dieser Art können Arbeiter mehrere Jahre leben, während Könige und Königinnen ein Jahrzehnt oder länger überleben können. Aber bei den meisten anderen Termitenarten ist die soziale Struktur komplizierter, und bei einigen Arten sind die Arbeiterinnen völlig unfruchtbar und werden niemals die Chance haben, ihre eigenen Eier zu legen. Hier zeigen sich wirklich große Lebensunterschiede zwischen Arbeiterin und Königin.

„Diese Arbeiter leben oft nur wenige Monate, während ihre Könige und Königinnen sehr lange leben“, sagt Korb. In Macrotermes bellicosus, der größten bekannten Termitenart, können Königinnen mehr als 20 Jahre alt werden.

Erst als die Koloniemitglieder alle Hoffnung verlieren, jemals eigenen Nachwuchs zu bekommen, scheint „Lang lebe die Königin“ wirklich zum Glaubensbekenntnis der Kolonie zu werden.

Jedes Insekt macht es anders

Um mehr darüber zu erfahren, was das lange Leben von Königinnen bei sozialen Insekten ermöglicht, entschied sich ein Forscherteam, darunter Korb, Libbrecht und Flatt vergleicht die Aktivität verschiedener Gene bei Termiten, Ameisen und Bienen – jeweils zwei Arten. Insgesamt untersuchten sie 157 Individuen, darunter Insekten unterschiedlichen Alters sowie verschiedener Arten.

Es überrascht nicht, dass das Team herausfand, dass Gene, von denen bekannt ist, dass sie eine entscheidende Rolle bei der Fortpflanzung spielen, bei Königinnen andere Aktivitätsmuster zeigten als bei sterilen Arbeiterinnen. Einige dieser Gene, die Anweisungen zur Herstellung von Proteinen enthalten, die Vitellogenine genannt werden, waren bei Königinnen aller Arten aktiv.

Die Hauptaufgabe von Vitellogeninen besteht darin, die Produktion von Eigelb für die Eier zu unterstützen. Einige Wissenschaftler vermuten jedoch, dass Vitellogenine noch mehr können: Bei Honigbienen hat die Forschung zumindest herausgefunden, dass Vitellogenine auch als Antioxidantien wirken. Wenn Vitellogenine bei anderen sozialen Insekten dasselbe bewirken, können sie zur Oxidationsresistenz von Königinnen beitragen.

Das Team fand auch Unterschiede in der Aktivität von Genen, die an der Verhinderung von oxidativen Schäden oder der Reparatur solcher Schäden beteiligt sind, zwischen Königinnen und Eidateien im Vergleich zu sterilen Arbeiterinnen. Aber die genauen beteiligten Gene waren von einer Spezies zur anderen sehr unterschiedlich. Offenbar hat jede Art ihre eigene Art entwickelt, ihre Königinnen länger am Leben zu erhalten, sagt Korb, der die Studie leitete.

Die Wissenschaftler untersuchten auch das nährstoffempfindliche Gennetzwerk, das die Lebensdauer verlängern kann, wenn es in Fruchtfliegen manipuliert wird, und fanden keine klaren Muster über Alter und Besetzung hinweg. Aber sie fanden noch etwas anderes: Unterschiede in der Aktivität von Genen, die an der Produktion und Wirkung einer Substanz namens Juvenilhormon beteiligt sind, einem Molekül, das an der Reorganisation der Körper der meisten erwachsenen Insekten beteiligt ist.

Vielleicht kann das gleiche Hormon, das es Insekten ermöglicht, zu Erwachsenen heranzureifen, ihnen auch helfen, das Altern zu verlangsamen, spekulieren die Wissenschaftler. Aber noch einmal, wie genau diese jugendhormonbezogenen Gene auf- oder abgebaut werden, ist von Art zu Art unterschiedlich.

Für Korb enthüllt diese etwas verwirrende Artenvielfalt eine wichtige Lektion über die Natur des Alterns: Es gibt nicht einen Knopf oder Schalter, der es einer Art ermöglicht, mehr oder weniger in Wartung oder Reproduktion zu investieren, sondern ein ganzes Armaturenbrett von ihnen, die es tun bei jeder Art etwas anders aufgebaut.

„Das Gleichgewicht zwischen Langlebigkeit und Reproduktion ist eindeutig nicht fest verdrahtet – es ist viel flexibler als die Leute dachten“, sagt sie. „Arten haben unterschiedliche Lösungen entwickelt“, abhängig von ihren eigenen sozialen und natürlichen Umgebungen.

Und während es natürlich hilfreich ist, ein paar Arten durch und durch zu kennen, sind diese Erkenntnisse auch eine Warnung, nicht von ein oder zwei Lebewesen auszugehen, die intensiv studiert wurden – wie etwa die berühmte Fruchtfliege Drosophila melanogaster – wir können alles lernen, sagt Flatt. „Da draußen gibt es eine enorme Vielfalt zu entdecken, von der wir nicht einmal wissen.“