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Zeitfragen / Archiv | Beitrag vom 10.12.2020

EpigenetikVon Ameisen fürs Leben lernen

Von Volkart Wildermuth

Das Foto zeigt zwei Wüstenameisen der Art Cataglyphis fortis. Die Ameisen haben eine bräunliche Farbe und es sieht so aus, als würden sie miteinander kämpfen. (picture alliance / Harald Wolf)
Wenn die Königin stirbt, fängt im Nest mancher Ameisenarten der Kampf um ihren Platz an – und die dominanteste Arbeiterin wird zur Pseudokönigin. (picture alliance / Harald Wolf)

Es gibt Ameisen, die ihr Verhalten im Verlauf ihres Lebens radikal ändern, sogar mit Auswirkungen auf ihre Lebenszeit. Forscher schauen neugierig auf dieses epigenetische Phänomen. Das könnte auch bei der Bekämpfung von Krebs und Demenz von Nutzen sein.

Im Grunde beginnt diese ganze Geschichte in Würzburg. Dort wurde vor vielen Jahren die Ameisenart Harpegnathos saltator untersucht, die Indische Sprungameise. Arbeiterinnen und Königinnen sehen sehr ähnlich aus, verhalten sich aber ganz unterschiedlich. Die aggressiven Arbeiterinnen jagen Raupen, die ruhige Königin bleibt im Nest, und legt Eier. Soweit so üblich unter Ameisen. Interessant wird es, wenn die Königin stirbt oder von einem Forscher aus dem Nest genommen wird.

"Dann fängt ein Kämpfen an im Nest. Wo alle Arbeiterinnen im Prinzip gegeneinander kämpfen und nach relativ kurzer Zeit stellt man fest, dass sich eine Dominanzhierarchie aufbaut. Und am Schluss gewinnt das dominanteste Tier, das auch am aggressivsten ist. Diese Arbeiterin wird zur Ersatzkönigin oder zur Pseudokönigin und ist die alleinige Ameise, die für die Reproduktion sorgt."

Konnte der Würzburgen Verhaltensforscher und Neurobiologe Wolfgang Rössler beobachten.

"Das Interessante daran ist, dass das aggressivste Tier hier zur Königin wird und sobald geklärt ist, dass sie Königin ist, ist sie sehr ruhig, zurückhaltend, fast schüchtern oder scheu, wenn man das einmal anthropomorph ausdrückt. Dieser drastische Verhaltensübergang ist natürlich hochinteressant für die Verhaltensregulation, zu verstehen, wie das Gehirn Verhalten produziert."

Ein Gehirn, das sich neu verdrahtet

Was da genau im Gehirn dieser sogenannten Pseudoköniginnen passiert, interessiert Roberto Bonasio an der University of Pennsylvania in Philadelphia. Der Gewinner des Max-Planck-Humboldt-Forschungspreis 2020 hält die Indische Sprungameise für eine Schlüsselart, um ganz generelle Mechanismen der Steuerung der Gene und darüber der Gehirnfunktion zu verstehen.

"Wenn Gene die Schaltkreise im Gehirn und ihre Funktion kontrollieren, wo kann man das besser untersuchen, als in einem Gehirn, dass sich komplett neu verdrahtet, um den Wechsel im Verhalten einer Arbeiterin zu einer Königin zu vollziehen?"

Dieses Neuverdrahten wird vorbereitet, in dem ein anderes Set von Genen im Gehirn aktiviert wird. Biologisch gesprochen ist das die Ebene der Epigenetik: das Erbgut als solches bleibt gleich, nur dessen Regulation verändert sich dauerhaft. Tatsächlich werden hunderte von Genen an- oder abgeschaltet.
Eines ist aber besonders entscheidend, das Neuropeptid Corazonin. Injiziert man es in Pseudoköniginnen, verlassen sie das Nest und wollen jagen, werden wieder Arbeiterin.

"Dieser Botenstoff fördert das Verhalten von Arbeiterinnen. Wenn sie Königin werden, müssen sie es abschalten", erklärt Roberto Bonasio.

Kompletter Wechsel im Verhalten

Auch Wolfgang Rössler interessiert sich für den Botenstoff. Er erforscht Wüstenameisen. Bei ihnen ist eine Verhaltensänderung Teil des Lebenswegs der Arbeiterinnen. Zuerst versorgen sie die Brut im Nest, später suchen sie als Sammlerinnen draußen nach Nahrung.  

"Also ein Wechsel komplett im Verhalten von der Brutpflege zur Sammlerin. Und dieser Unterschied im Verhalten, der wird ebenfalls irgendwo geregelt im Gehirn. Und wir wollen wissen wie das funktioniert."

Bei der Wüstenameise wie bei der Indischen Sprungameise scheinen Botenstoffe epigenetische Hauptschalter umzulegen, die einen Verhaltenswechsel steuern. Die Folgen sind weitreichend und nicht nur auf das direkte Verhalten beschränkt.

"Königinnen leben viel länger, als Arbeiterinnen. Beide haben das gleiche Genom. Das heißt nur in dem eine paar Gene mehr oder weniger aktiv sind verlängert sich das Leben", sagt Roberto Bonasio.

Arbeiterinnen bei der Sprungameise sterben nach etwa einem halben Jahr, wenn sie sich in eine Pseudokönigin verwandeln, können sie aber drei Jahre alt werden. Roberto Bonasio hat herausgefunden, dass das vor allem an bestimmten Hilfszellen im Gehirn liegt, die in der Lage sind, Schäden zu reparieren. Wenn eine Arbeiterin zur Königin aufsteigt, bilden sich mehr dieser Hilfszellen. Im menschlichen Gehirn gibt es Hilfszellen mit vergleichbarer Schutzfunktion.

Erkenntnisse nutzbar für den Menschen?

"Die Frage lautet nun: Können wir die Erkenntnisse nutzen, aus den Ameisen, die die Zahl dieser Hilfszellen im Gehirn natürlicherweise regulieren? Wir wissen nicht, ob ähnliche Regulationswege auch bei Mäusen oder Menschen existieren. Aber wenn das so sein sollte, dann wäre es spannend, sie zu kontrollieren, um Menschen zu helfen."

Das ist nicht so weit hergeholt wie es klingt. Bestimmte Mechanismen der epigenetischen Regulation wurden an Fruchtfliegen entdeckt und untersucht, aber sie arbeiten auch in Säugetieren in vergleichbarer Weise.
Dieser Spur will Roberto Bonasio mit dem Max-Planck-Humboldt-Preisgeld in Deutschland weiter nachgehen. Sobald es Corona erlaubt, wird er einen Teil seiner Arbeitsgruppe nach Freiburg verlegen, um dort mit dem Demenzforscher Marco Prinz zusammenzuarbeiten. Der Dritte im Bunde ist der Krebsforscher Marc Timmers.

"Epigenetik ist mein Spezialgebiet. Wir wollen die Epigenetik nutzen, um Regulationswege zu beeinflussen, die bei vielen Krebspatienten gestört sind. Roberto Bonasio untersucht den Wechsel von der Arbeiterin zur Königin, der hat eine epigenetische Basis. Und die Komponenten der epigenetischen Programme ähneln sich bei allen Tieren, auch bei Insekten."

So könnte die Indische Sprungameise in Zukunft helfen, Krankheiten wie Krebs oder Demenzen erst besser zu verstehen und dann vielleicht auch besser zu behandeln. Auf der Ebene der Epigenetik gibt es durchaus Parallelen. Der Aufstieg auf den Thron dagegen scheint beim Menschen weniger über die Genregulation, als über Macht und Politik geregelt zu sein.

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