Invasive Gelbe Wahnsinnsameisen erzeugen männliche 'Chimären', um sich fortzupflanzen.

11 April 2023 1973
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Die gelben verrückten Ameisen brechen die Regeln der Fortpflanzung.

Forscher berichten in der Ausgabe vom 7. April in Science, dass jeder männliche Ameisen Dosenzellen aus zwei verschiedenen genetischen Linien enthält und damit Chimären sind. Gelbe verrückte Ameisen (Anoplolepis gracilipes) sind die erste bekannte Spezies, die Chimerismus benötigt, um fruchtbare Männchen zu erzeugen.

„Es ist eine elegante Antwort auf die Arten von ungewöhnlichen Paarungssystemen, die wir bei anderen Ameisen beobachtet haben“, sagt der evolutionäre Genetiker Waring “Buck” Trible von der Harvard University, der nicht an der Studie beteiligt war. „Wir könnten dies als den nächsten evolutionären Schritt in Ameisen betrachten.“

Die meisten Tiere entwickeln sich aus einer Spermien- und Eizelle, die sich vereinigen und ihre DNA kombinieren. Wenn ein Wesen wächst, tragen alle nachfolgenden Zellen bis auf die Geschlechtszellen zwei Sätze von DNA-tragenden Chromosomen, einen von jedem Elternteil. Mit anderen Worten tragen diese somatischen Zellen alle die gleichen genetischen Informationen. Spermien- und Eizellen enthalten jeweils nur einen Satz Chromosomen.

Aber bei vielen Ameisen, sowie anderen Insekten wie Wespen und Bienen, haben nur die Weibchen somatische Zellen mit Chromosomenpaaren. Männchen entwickeln sich normalerweise aus unbefruchteten Eiern. Deshalb halten ihre somatischen Zellen nur einen Satz Chromosomen.

Eine Studie aus dem Jahr 2007 fand jedoch heraus, dass etwa die Hälfte der untersuchten männlichen gelben verrückten Ameisen zwei verschiedene Kopien derselben Gene besaß, genau wie die Arbeiterinnen der Spezies.

Aber „es machte keinen Sinn, dass alle Männchen dieser Spezies diploid wären“, oder in jeder somatischen Zelle zwei Chromosomensätze hätten, sagt der Evolutionsbiologe Hugo Darras von der Johannes Gutenberg Universität Mainz in Deutschland. Wenn dies bei anderen Ameisen auftritt, sind die Männchen in der Regel steril, sagt er. „Niemand hatte eine Erklärung.“

Darras und Kollegen sammelten daher Hunderte von gelben verrückten Ameisen aus Ost- und Südostasien. Die Analyse von Weibchen - Königinnen und Arbeiterinnen - zeigte, dass die Würde dieser Spezies eine genetische Quelle hat. Rekordköniginnen kamen aus der Kombination von Spermien- und Eizellen derselben Linie, die die Forscher R nannten. Arbeiter waren Hybride der beiden verschiedenen Linien, die andere W-Linie genannt wurde. Mit anderen Worten, die Arbeiter hatten R/W-Genome, während die Königinnen R/R-Genome hatten.

Übereinstimmend mit der früheren Studie identifizierten die Forscher R/W-Männchen. Aber sie fanden auch heraus, dass die somatischen Zellen der Männchen nur einen Satz Chromosomen haben, wie bei anderen Ameisenarten. Die Extraktion von DNA aus einzelnen Zellen zeigte, dass jede Zelle Chromosomen nur von einer der beiden Linien enthält, anstatt Chromosomenpaare innerhalb von Zellen zu haben.

Weitere Experimente ergaben, dass sich die R- und W-Zellen ungleichmäßig im Körper der Männchen verteilten. Während der größte Teil des Körpers mehrheitlich R-Zellen enthielt, fast 75 Prozent basierend auf dem Probenmaterial, kehrte sich das Verhältnis im Spermium fast um - 65 Prozent waren W-Zellen.

Da sowohl Arbeiter als auch Männchen aus der Kombination von W-Spermien mit R-Eiern stammen, hängt das Geschlecht davon ab, ob ihre Datenpakete oder Kerne verschmelzen. Die Fusion erzeugt ein Weibchen. Aber wenn die Kerne nicht verschmelzen, teilen sich die beiden Kerne innerhalb desselben Eies getrennt voneinander und erzeugen ein Männchen.

Es ist unklar, warum diese zuvor nie gesehene Fortpflanzungsmethode bei diesen Ameisen entstanden ist. „Indem [das Sperma] sich weigert, sich mit der Eizelle zu vereinigen, könnte es seine Fortpflanzungsleistung erhöhen“, sagt Trible. Weibliche Arbeiterinnen sind steril und können das W-Genom daher nicht weitergeben.

„Wir denken, es ist vielleicht eine Interaktion zwischen zwei Genomen, die in Konflikt stehen, aber manchmal zusammenarbeiten“, sagt Darras. Diese unterschiedlichen Linien könnten unabhängig voneinander in zwei separaten Ameisenpopulationen entstanden sein, die schließlich miteinander verflochten wurden. Oder sie könnten mit ähnlichen Genen begonnen und sich im Laufe der Zeit auseinander entwickelt haben, fügt er hinzu. "Aber es sieht so aus, als ob die gesamten Genome voneinander getrennt und kein genetisches Material ausgetauscht wird."

Diese ungewöhnliche Fortpflanzungsmethode könnte für die Ameisenpopulationen vorteilhaft sein und zur Titelvergabe der gelben verrückten Ameise als eine der weltweit schlimmsten invasiven Arten führen (SN: 9/15/09). Da die Verschmelzung von R- und W-Kernen nur zu sterilen Arbeitern führt, können die Genome niemals gemischt und an die nächste Generation weitergegeben werden. Somit vermeiden die Ameisen jegliche Möglichkeit einer Inzucht, die bei anderen invasiven Ameisenarten zu finden ist (SN: 2/1/11).

Chimären wurden bei anderen Kreaturen, einschließlich Menschen, gefunden, aber es handelt sich normalerweise um einen Unfall. Gelbe verrückte Ameisen sind die erste bekannte Art, bei der der Chimerismus das Geschlecht bestimmt. Aber einige Wissenschaftler schätzen, dass es etwa 20.000 Ameisenarten gibt und die Fortpflanzungssysteme der meisten nicht untersucht wurden.

„Dies ist ein sehr besonderes System“, sagt der Evolutionsbiologe Guojie Zhang von der Zhejiang University in Hangzhou, China, der nicht an der Forschung beteiligt war. "Die Frage wäre, wie häufig dieses System in anderen Ameisenlinien beobachtet werden kann."

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