Die Umwelt bestimmt die Organisation von Ameisengesellschaften

Eine einzige Königin in den Tropen; riesige Kolonien in den Wüsten; Arbeiterinnen mit ähnlicher Morphologie in den gemäßigten Zonen: Die Sozialstrukturen der Ameisen variieren je nach Umweltbedingungen. Dies zeigt erstmals eine weltweit angelegte Studie, die am Department für Ökologie und Evolution der Universität Lausanne durchgeführt und in PNAS veröffentlicht wurde.

Ausgesprochen anpassungsfähig haben Ameisen nahezu alle Kontinente erobert – mit Ausnahme der Antarktis. Nur wenige Tiere konnten sich an so viele unterschiedliche Lebensräume anpassen. Dieser ökologische Erfolg ist zu einem großen Teil auf ihre Sozialität zurückzuführen. Doch diese kann sehr unterschiedliche Formen annehmen: Manche Arten leben in Kolonien mit kaum mehr als einem Dutzend Individuen, während andere Nester mit Millionen von Mitgliedern bilden. Einige sind monogyn, mit nur einer einzigen Königin, andere polygyn, mit hunderten Königinnen. Und bei manchen Arten ähneln sich alle Arbeiterinnen stark (Monomorphismus), wohingegen andere morphologisch unterschiedliche Arbeiterinnen besitzen (Polymorphismus), die zu Unterkasten gehören und jeweils spezifische Aufgaben übernehmen – etwa das Verteidigen des Nests oder das Suchen und Zerkleinern von Nahrung.

Jedem Umwelttyp entspricht ein eigener Sozialtyp

Forschungen des Teams von Cleo Bertelsmeier, Professorin am Department für Ökologie und Evolution (DEE) der Fakultät für Biologie und Medizin der Universität Lausanne, zeigen erstmals dass der Lebensraumtyp sowie Umweltbedingungen wie Temperatur und jahreszeitliche Schwankungen die Vielfalt der Ameisengesellschaften prägen – und zwar weltweit.

Die Forschenden nutzten Daten zu 3299 Arten, um zu verstehen, wie drei zentrale soziale Merkmale – Koloniegröße, Reproduktionsstruktur (eine oder mehrere Königinnen) und Polymorphismus der Arbeiterinnen – variieren. Durch die Gruppierung der Ameisen nach diesen Eigenschaften identifizierten die Biologinnen und Biologen der Universität Lausanne drei große Typen von Gesellschaften. Anschließend quantifizierten sie, wie häufig jeder dieser Typen innerhalb desselben Bioms vorkommt (weitgefasste Regionen mit homogenen Klima-, Boden- und Vegetationsbedingungen). Das Ergebnis: Die gleichen Formen sozialer Organisation finden sich in den gleichen Umwelttypen, selbst auf verschiedenen Kontinenten.

Eine einzelne Königin in den Tropen

Die erste Gruppe besteht aus kleinen Kolonien mit nur einer Königin und Arbeiterinnen unterschiedlicher Form und Größe. Sie dominiert in tropischen Regionen, die durch hohe Temperaturen und geringe jahreszeitliche Schwankungen gekennzeichnet sind.
„Unter diesen Breitengraden erhöht die große Artenvielfalt von Ameisen die Konkurrenz um Raum – insbesondere um geeignete Nistplätze – und begünstigt dadurch kleinere Gesellschaften. In diesem konkurrenzintensiven Umfeld ist das Vorhandensein mehrerer Arbeiterinnenkasten von Vorteil, da so ein breiteres Spektrum an Ressourcen genutzt werden kann“, erklärt Eddie Pérochon, Erstautor des in PNAS erschienenen Artikels und Doktorand am DEE.

Das relativ konstante Klima stellt keine besondere Herausforderung dar: Eine einzige Königin genügt. Der Grund dafür: Ameisen sind ektotherm, ihre Körpertemperatur hängt von derjenigen ihrer Umgebung ab. Starke Schwankungen der Außenbedingungen verringern daher die Überlebenschancen einer Königin, die eine neue Kolonie gründet. In solchen Situationen verschafft Polygynie einen Vorteil. In den Tropen hingegen begünstigt die klimatische Stabilität die Monogynie.

Große Kolonien in den Wüsten

Die zweite Gruppe umfasst große Kolonien mit mehreren Königinnen sowie Arbeiterinnen unterschiedlicher Morphologie. Diese Form sozialer Organisation findet sich überwiegend in Wüsten. Warum? In extrem trockenen Lebensräumen, in denen Nahrung knapp ist und die Konkurrenz daher besonders stark ausfällt, ermöglicht das Vorhandensein verschiedener Arbeiterinnentypen eine effizientere Nutzung der wenigen vorhandenen Ressourcen. Das Leben in großen Gemeinschaften wiederum verringert die Risiken von Prädation und Austrocknung, da jede Arbeiterin weniger Zeit außerhalb des Nests verbringen muss.

Im Gegensatz zu den Tropen stellt die Gründung einer Kolonie in der Wüste – wo die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht bis zu 50 °C erreichen können – eine erhebliche Gefahr dar. Gemeinsam geht es jedoch besser: Wenn mehrere Königinnen beteiligt sind, steigen die Erfolgschancen für die Etablierung eines neuen Nests deutlich.

Ähnliche Arbeiterinnen in den gemäßigten Zonen

Die dritte Gruppe schließlich – mit Gesellschaften, die mehrere Königinnen aufweisen, aber morphologisch einheitliche Arbeiterinnen (Monomorphismus) – dominiert in den gemäßigten Regionen, die durch niedrigere Temperaturen und starke jahreszeitliche Kontraste geprägt sind. Sie kommt von Spanien bis Japan sowie in einigen Gebieten der südlichen Hemisphäre vor (unter anderem in Neuseeland und im Süden Chiles).

Wie in den Wüsten erhöht die Exposition gegenüber großen Temperaturschwankungen – hier nicht täglich, sondern jährlich – die Risiken bei der Gründung neuer Nester, was polygynen Kolonien einen Vorteil verschafft. Diese ausgeprägte Saisonalität könnte zu einer weniger starken Arbeitsteilung führen und damit das Vorhandensein nur einer Arbeiterinnenkaste erklären: „Unter Bedingungen, in denen sich die Nahrungsquellen ständig ändern können, ist es besser, eine Allround-Ameise zu sein – vielseitig statt hochspezialisiert“, fasst Cleo Bertelsmeier, Leiterin der Studie, den möglichen Grund für den Monomorphismus in dieser Gruppe zusammen.

Eine weltweite Studie

Die in Zusammenarbeit mit der Universität Hongkong gewonnenen Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle der Umwelt, die bestimmte Formen sozialer Organisation gegenüber anderen begünstigt. Im Verlauf der Evolution sind ähnliche Ameisengesellschaften somit unabhängig voneinander in weit entfernten Regionen entstanden, die jedoch denselben Umweltbedingungen ausgesetzt waren. „Unsere Studie liefert neue Einblicke in die Evolution komplexer Tiergesellschaften“, erklärt Cleo Bertelsmeier.

„Wir wussten bereits, dass die Vorteile unterschiedlicher Sozialformen beispielsweise von Temperatur, Feuchtigkeit oder Saisonalität abhängen können“, ergänzt Eddie Pérochon. „Frühere Arbeiten zu diesem Thema konzentrierten sich jedoch auf eine begrenzte Anzahl von Arten, ein einziges soziales Merkmal oder auf kleine geografische Maßstäbe. Unsere Analyse hingegen zeichnet sich dadurch aus, dass sie mehrere soziale Merkmale kombiniert, die sich gemeinsam entwickelten, und vor allem Tausende von Ameisenarten aus der ganzen Welt umfasst – ein Novum.“