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Ameisen verkörpern einen Super-Organismus

Jedes Tier eines Ameisenstaats arbeitet wie eine Zelle eines riesigen Körpers. Forscher streiten sich, wie solche komplizierten Strukturen im Laufe der Evolution entstehen konnten.

Hoch entwickelte soziale Struktur: Ameisen.
Hoch entwickelte soziale Struktur: Ameisen.
Keystone

Auf einem Strauch in Costa Rica tänzelt eine Blattschneiderameise. Mit kräftigen Beisswerkzeugen schneidet sie ein Stück aus einem Blatt, bis es zu Boden trudelt. Dort warten Artgenossen, die es zerkleinern und auf Häufchen legen. Kleinere Ameisen holen das gestückelte Laub ab und tragen es wie grüne Segel über ihren Köpfen auf eine Ameisenautobahn - Hunderte Lastträger vor und hinter sich, ebenso viele unbepackt auf der Gegenspur. Am unterirdischen Nestbau übernehmen für den Gartenbau zuständige Artgenossen die Ladung. Sie tragen die Blattstücke in den Bau, zerkauen und verteilen sie in Kompostkammern. Darauf wächst dann ein Pilz, der die bis zu sieben Millionen Ameisen eines Staates ernährt.

Sie leben ohne Internet, Flugverkehr und Stromnetze, doch in mancher Hinsicht übertreffen Insekten die sozialen Strukturen der menschlichen Zivilisation: Die Individuen einiger Bienenvölker, Wespen-, Ameisen- und Termitenstaaten arbeiten reibungslos wie Körperzellen eines grossen Organismus zusammen. «Superorganismus» nennen Biologen solche Gemeinschaften. Viele der Mitglieder verzichten auf eigene Nachkommen, diese sind allein der Königin vorbehalten. Bei den Blattschneiderameisen setzt eine Regentin mehr als 100 Millionen Arbeiterinnen in die Welt.

In den vergangenen Jahren sind neue überraschende Details in Bienenstöcken und Ameisenhügeln entdeckt worden, die ahnen lassen, was Insektengemeinschaften so erfolgreich macht. Dazu gehören ungewöhnliche Kommunikationsmittel und reibungslose Arbeitsteilung. Noch nicht befriedigend erklärt ist aber die Frage, warum die Mehrzahl der Tiere zum Wohle der Gemeinschaft auf eigene Nachkommen verzichtet.

Kooperieren und überleben

Der an der Arizona State University in Phoenix und der Universität Würzburg tätige deutsche Verhaltensbiologe Bert Hölldobler und der Zoologe und Evolutionstheoretiker Edward O. Wilson von der Harvard Universität - die Stars der Ameisenforschung - publizierten vor drei Jahren einen kontroversen Aufsatz, in dem sie der Frage nach der Entstehung sozialer Strukturen im Tierreich nachgingen. Sie erörterten zwei Modelle, die den evolutionären Prozess höchst unterschiedlich interpretieren.

Die eine Theorie betrifft die Verwandtenselektion, die seit den 1970er-Jahren als Grundlage der von Wilson begründeten Soziobiologie gilt. Sie basiert auf einer einfachen Formel: Verfügt ein Individuum über die Veranlagung, anderen zu helfen, kann sich diese in einer Population verbreiten, wenn der Nutzen für Verwandte den Nachteil für den Helfer überwiegt. Einige Wissenschaftler favorisieren dagegen ein älteres Erklärungsmodell: die Gruppenselektion. Tiere, die kooperieren, haben demnach als Gruppe eine höhere Überlebenschance gegenüber anderen - selektiert werden nur die Verhaltensmerkmale der Gruppe. Zu den Anhängern der zweiten Version zählt inzwischen - überraschenderweise - Wilson selbst.

Wie sich jetzt herausstellt, war der Aufsatz nur ein Schritt der Forscher auf dem Weg zu einem grösseren Werk, das unter dem Titel «The Superorganism: The Beauty, Elegance, and Strangeness of Insect Societies» Anfang November beim New Yorker Verlag Norton erschienen ist. Es ist das dritte Buch des Forscher-Duos, das 1991 für seinen Klassiker «Ameisen» den Pulitzerpreis erhielt. Diesmal widmen sich die Autoren den evolutionären Entstehungsmechanismen sozialer Tiergemeinschaften.

Klare Aufgabenteilung

Den «ultimativen Superorganismus» verkörpern in den Augen Hölldoblers und Wilsons die Blattschneiderameisen. Das beginnt bei der Symbiose zwischen den Insekten und den Pilzen, die sie in ihren Nestern pflegen. Der Pilz erhält Schutz und Pflege, die Tiere dafür Nahrung. Nestarbeiterinnen wuseln durch den löchrigen Pilzschwamm und ernten ihn ab. Ihr Kastensystem ist hoch differenziert. Es gibt Gärtnerinnen, Soldatinnen, Lastträger und die buchstäblichen Blattschneider. Wie andere hoch differenzierte Ameisenstaaten sind sie auch Meister der Kommunikation. Sie legen feinste Pheromonspuren aus Drüsen, die zu Bäumen, Sträuchern oder Gras führen. Die sind oft weit entfernt, deshalb ist das Lockmittel potent. Ein Milligramm einer Komponente des Fährtenstoffs der Art Atta vollenweideri würde ausreichen, um die Hälfte eines Ameisenstaates 60-mal um die Erde zu lotsen.

Die Blattschneiderameisen verfügen zudem über eine gigantische Nestarchitektur. Bauten der Art Atta laevigata können über 7000 Kammern umfassen und bis zu acht Meter tief in den Boden reichen, das ergaben Studien im brasilianischen Grasland. Das ausgehobene Erdreich wiegt Dutzende Tonnen. Dabei sorgen Kamine für Frischluftzufuhr und Kohlendioxidabfuhr, ausserdem regulieren sie die Luftfeuchtigkeit im Nest. Der Temperaturunterschied zwischen den Kammern, in denen der Blattkompost abgeladen wird, und den Pilzgärten sorgt für die Luftzirkulation.

Wie erklärt sich aber die Erfolgsgeschichte dieses Organisationsmodells? Der Superorganismus entstand womöglich aus vorgezogener Mutterliebe. Eine kleine Genmutation könnte dazu geführt haben, dass ein Hautflügler - eine Ameise oder Wespe etwa - bereits mit der Brutpflege begann, bevor das Insekt selbst Eier legte. Tatsächlich gibt es japanische Keulenhornbienen, die ihren Nachwuchs allein mit Pollen und Nektar in einem Nest versorgen. In 0,1 Prozent der Fälle kooperieren allerdings zwei Bienen: Eine legt die Eier und bewacht den Nesteingang, die andere sammelt Nahrung. Andere Bienen, die solitär leben, beginnen ebenfalls zu kooperieren, wenn man sie im Experiment auf engem Raum zusammenzwingt. Es scheint also eine genetische Veranlagung zu geben, die sie eine Handlung wie das Eierlegen überspringen lässt, wenn ein anderes Tier in unmittelbarer Nähe bereits damit beschäftigt ist. Doch auch das beantwortet die Preisfrage nicht: Wie sind Superorganismen entstanden, in denen die Mehrzahl der Mitglieder auf Nachkommen verzichtet?

Hölldobler kombiniert in dem weitgehend von ihm geschriebenen Kapitel über die Evolution der Superorganismen die oft gegeneinandergestellten Modelle der Verwandten- und Gruppenselektion. Natürliche Selektion greife stets an mehreren Ebenen an - den Genen, Individuen oder Familien. So setze sich die Bereitschaft, Brutpflege für Artgenossen zu übernehmen, nach der Verwandtenselektion in einer Population durch, wenn die Empfänger selbstloser Akte selbst Träger dieses altruistischen Genprogramms sind. Wären sie nicht miteinander verwandt, gelänge das allerdings nicht - Kooperation unter Nicht-Verwandten, wie sie durch die klassische Gruppenselektion erklärt werden, geht nie so weit, dass Individuen darauf verzichten, ihre eigenen Gene selbst oder über Verwandte zu verbreiten. Verwandtenselektion wiederum wirke sich auf die Gemeinschaft aus. Wenn die gegenseitige Hilfe verwandter Individuen den Sozialverband stärkt, schlägt dieser womöglich andere Gruppen aus dem Feld. Ganz im Sinne der Gruppenselektion konkurrieren hier Sozietäten als Ganzes miteinander.

Von da ist es dann nur noch ein kleiner Schritt zu komplexen Staaten. Durch Selektionsdruck gefördert, beginnen Jungtiere, im Nest zu bleiben, um sich dauerhaft um die weitere Nachkommenschaft - ihre Geschwister - zu kümmern. In besonders artenreichen Ökosystemen kann der Kampf um die Ressourcen dann zu so hoch entwickelten Insektenstaaten wie die Blattschneiderameisen Mittel- und Südamerikas führen. In solchen Kollektiven sind alle Individuen auf Gedeih und Verderb mit der Gemeinschaft verbunden - sie sind wie Zellen eines neuen Körpers, des Superorganismus.

Dass sich beide Selektionsmodelle vereinbaren lassen, halten Experten wie der Zoologe Jürgen Heinze von der Universität Regensburg für plausibel. Doch warum wird der Streit oft so hitzig weitergeführt? Die Wissenschaftsphilosophin Ayelet Shavit von der University of California in Davis vermutet, dass beide Lager «hoffen, dass ihre unterschiedlichen Modelle sich auf reale evolutionäre Prozesse beziehen - und ihre bevorzugten Konzepte letztlich die bedeutenderen sind».

Genau das lässt sich an dem bewunderten Altmeister der amerikanischen Wissenschaftsszene, dem ohne Unterlass publizierenden Wilson, beobachten. Gerade hat er mit seinem - nicht verwandten - Namensvetter David Sloan Wilson, Biologe an der Binghamton University im US-Bundesstaat New York, einen Aufsatz in der Wissenschaftszeitschrift «American Scientist» unter dem Titel «Evolution zum Wohle der Gruppe» veröffentlicht. Darin erklären die Autoren unmissverständlich, dass Gruppenselektion weit mehr als nur eine Theorie sei - und sie halten daran fest, dass auch nicht-verwandte Individuen einer Art die Evolution eines Superorganismus anstossen können. Dennoch geben sie sich versöhnlich, wenn sie optimistisch erklären, dass beide Modelle eines Tages als Abbilder treibender Kräfte der Evolution anerkannt werden. «Künftige Evolutionsbiologen werden auf diese Debatte zurückblicken», schreiben sie, «und sich wundern, um was sich der Disput gedreht hat.»

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