Landeszeitung Lüneburg: Heimlicher Herrscher im Ameisenstaat - Interview mit Prof. Dr. Susanne Foitzik
(ots) - Bandwürmer gelten allenfalls als lästig und
eklig, aber kaum als unheimlich. Anomotaenia brevis könnte diesen Ruf
ändern. Der Bandwurm befällt Ameisen als Zwischenwirte - und macht
aus ihnen selbstmörderische Zombies. Er verändert das Aussehen und
das Verhalten der befallenen Tiere - und manipuliert sogar die
gesunden Nestgenossinnen. Prof. Susanne Foitzik erforscht in Mainz
den unheimlichen Neuroparasiten und betont seinen Wert: "Er ist eine
Triebfeder der Evolution."
Ameisen gelten als heimliche Weltmacht. Ihre Biomasse übersteigt
die der Menschheit. Sie führen Kriege und betreiben Ackerbau und
Viehzucht. Aber auch ökologisch dominante Arten haben ihre
Plagegeister. Einen besonders beängstigenden erforschen Sie: einen
Bandwurm, der das Verhalten befallener Ameisen und ihrer gesunden
Nestgenossinnen beeinflusst. Wie macht er das?
Prof. Susanne Foitzik: Der Bandwurm Anomotaenia brevis nutzt
Ameisen als Zwischenwirt und vollendet seinen Lebenszyklus im Endwirt
Specht. Wie fast immer hat der Zwischenwirt stärker zu leiden, weil
er für den Parasiten nur das Sprungbrett darstellt. Die Ameisen
nehmen den eiweißhaltigen Kot der Spechte auf, verfüttern damit aber
auch den Bandwurm. Und der hat faszinierende Strategien entwickelt,
um die Ameisen so zu beeinflussen, dass die Wahrscheinlichkeit, von
einem Specht gefressen zu werden, steigt. Spechte jagen Insekten, die
im Holz oder in Eicheln leben. Die Ameisenart Temnothorax nylanderi,
mit der wir arbeiten, lebt mit einer ganzen Kolonie in nur einer
Eichel, da die Tiere nur zwei bis drei Millimeter groß sind, und ein
Nest weniger als 100 Tiere umfasst. Die vom Bandwurm befallene Ameise
ändert sich im Aussehen wie im Verhalten, darüber hinaus manipuliert
der Bandwurm sogar das Verhalten der nichtinfizierten Tiere. Wir
haben festgestellt, dass rund 200 Gene im Hirn befallener Ameisen
unterschiedlich häufig ausgelesen wurden als die von gesunden. So
wurden Langlebigkeitsgene hochreguliert, solche für Muskelaktivität
aber runter. Infizierte Ameisen sind sehr inaktiv, bleiben ständig
bei der Brut - sogar, wenn die Eichel aufgebrochen wird. Auch, weil
die Muskulatur geschwächt ist. Für den Bandwurm ist dies vorteilhaft,
weil der Specht die Brut samt infizierten Ameisen frisst. Außerdem
leben die parasitierten Tiere deutlich länger. Auch das macht Sinn,
denn so steigt die Wahrscheinlichkeit, vom Specht gefressen zu
werden. Ob die einzelnen Veränderungen jeweils direkt vom Bandwurm
bewirkt werden, oder ob es sich um sekundäre Folgen oder gar um
Abwehrreaktionen der Ameisen handelt, wissen wir im Einzelnen noch
nicht.
Befällt der Bandwurm nur diese spezifischen Ameisen- und
Spechtarten?
Prof. Foitzik: Vermutlich befällt dieser Parasit verschiedene
Ameisenarten. Zumindest haben wir im Lennebergwald, einem 700 Hektar
großen Waldgebiet nordwestlich von Mainz, in dem wir unsere Kolonien
sammeln, auch noch eine andere Art gefunden, die infizierte Tiere
aufwies. Allerdings haben wir den Bandwurm nicht genetisch
analysiert, wissen also nicht, ob es sich um dieselbe oder eine
verwandte Art handelt. Ähnliche Bandwürmer sind aus Nordamerika
bekannt, die eine Vielfalt von Ameisenarten befallen. Zum Endwirt
gibt es noch nicht viele Studien. Ein französischer Kollege hat den
Parasitenzyklus mit Wachteln geschlossen, also ist zu vermuten, dass
mehrere Vogelarten befallen werden können.
Was macht die von Ihnen ausgewählte Ameisenart neben ihrer
geringen Größe für Ihre Forschung so geeignet?
Prof. Foitzik: Diese Schmalbrustameisen-Art ist in Westeuropa sehr
häufig. Sie kommt in fast allen Wäldern vor, am häufigsten in
Eichen-Kiefer-Mischwäldern, und erreicht sehr hohe Dichten. Wir
können pro Quadratmeter acht bis zehn Kolonien finden. Praktisch ist
auch, dass infizierte Tiere sofort zu erkennen sind: Sie sind
blass-gelb, gesunde Tiere dagegen braun.
Der Parasit spielt im Gehirn der Ameise wie auf einem Klavier,
indem er Gene aktiviert und ausschaltet. Muss man sich das wie die
genetische Machtübernahme durch einen Virus vorstellen? Wie ändert
dies das Verhalten der betroffenen Ameise noch?
Prof. Foitzik: Der Bandwurm liegt in einer Art Hülle am Darm der
Ameise. Noch haben wir nicht untersucht, welche Signale er in die
Ameise aussendet, welche Gene er aktiviert und welche er runterdimmt.
Wir untersuchten, welche unterschiedlichen Genaktivitäten gesunde und
infizierte Tiere im Gehirn aufweisen. Dabei zeigte sich, dass die
Muskelgene runterreguliert sind, mit der Folge, dass Muskeln
schwächer und löchriger sind. Bandwurmbefallene Tiere leben
allerdings wesentlich länger. Nun unterscheiden sich Königinnen und
Arbeiterinnen bei den Ameisen genetisch nicht. Königinnen unserer Art
können 20 Jahre alt werden, während Arbeiterinnen nur wenige Jahre
alt wurden. Wir vermuten nun, dass die Ameisen, die eine
Bandwurmlarve in sich tragen, ähnliche Gene hochfahren wie die
Königin. Wie genau der Parasit das bewirkt, wollen wir jetzt
erforschen: Welche Proteine gibt er ab? Sind da auch
Neurotransmitter, also Botenstoffe für das Nervensystem, dabei?
Infizierte Tiere sind weniger aktiv, gehen nie nach draußen. Das war
überraschend, denn andere Parasiten zwingen ihre Wirte zu riskantem
Verhalten...
...wie der Leberegel?
Prof. Foitzik: Genau. Er bringt die Ameisen dazu, sich an der
Spitze von Grashalmen festzuhalten, wo sie dann von Rindern und
Schafen gefressen werden. Im Regenwald bekommt eine befallene
Ameisenart einen roten Hinterleib und klettert in Baumwipfel, wo sie
dann von Vögeln gesehen wird. In unserem Fall liegt die
entgegengesetzte Manipulation vielleicht daran, dass einzelne Tiere
dieser winzigen Ameisenart keine verlockende Mahlzeit für einen
Specht darstellen, ein ganzes Nest aber durchaus. Insofern hat der
Bandwurm ein Interesse daran, dass die Wirte bei der Brut bleiben.
Infizierte Tiere putzen sich zudem mehr, möglicherweise, um einen
fremdartigen Geruch abzulegen. Entsprechende Kolonien haben
Schwierigkeiten, fremden und eigenen Geruch zu unterscheiden.
Vielleicht zeigen sie deshalb auch weniger Aggressionen gegenüber
Eindringlingen der eigenen Art. Das Faszinierende hierbei ist, dass
dieses abweichende Verhalten auch die nicht infizierten Tiere zeigen,
solange die Bandwurmträger in der Kolonie sind. Der lange Arm des
Parasiten verringert auch die Lebensspanne der gesunden Tiere.
Vermutlich, weil die Infizierten als Arbeitskräfte ausfallen und auch
noch gepflegt werden müssen. Die parasitierten Tiere werden mehr
geputzt und mehr gefüttert, also fast wie Königinnen behandelt -
allerdings auch häufiger gebissen. Offenbar merkt die Kolonie an der
Geruchssignatur durchaus, dass etwas falsch ist, doch das
heruntergedimmte Aggressionslevel führt dazu, dass die erkrankten
Tiere akzeptiert bleiben.
Wie kann die Evolution die Bandwurmlarve in den Stand gesetzt
haben, derart präzise an den Strippen zu ziehen?
Prof. Foitzik: Zum einen, weil dort auch Genkaskaden ablaufen, das
heißt, es kann für die Bandwurmlarve genügen, ein übergeordnetes Gen
zu manipulieren, um eine Fülle nachgeordneter Effekte auszulösen.
Zudem sorgt die völlig andere Behandlung der erkrankten Tiere dafür,
dass sich die Genexpression wandelt, manche Gene an- oder
abgeschaltet werden. Der Parasit muss also nicht alle 200 Gene
manipulieren. Parasiten leben einerseits im El Dorado, weil sie
umsorgt werden. Doch ihr Hauptproblem bleibt: Ihre Nachkommen müssen
andere Wirte infizieren. Also lag der Fokus ihrer Evolution darauf,
gekonnt auf der Wirtsorgel zu spielen. 2Widerspricht die Komplexität
dieses Wirt-Parasit-Zwischenwirt-Zusammenspiels nicht dem Dogma der
Änderung mittels Häufung von kleinen Mutationen? Prof. Foitzik: Nicht
zwingend. Denn wir wissen nicht, wie lange die Anpassung der Arten
aneinander abläuft. Es ist also durchaus denkbar, dass der Bandwurm
zuerst den Vogel infiziert hat und Ameisen anschließend auf Vogelkot
als Nahrung stießen. Dann könnte der Bandwurm, der imstande war, die
Ameisen zu Zombies in seinen Diensten zu manipulieren, seine Chancen
erhöhen, den Lebenszyklus zu vollenden. In der Folge setzten sich
seine Gene im Genpool durch.
Der Vorteil für den Bandwurm ist offensichtlich. Welchen Vorteil
zieht aber eine Ameisenart aus evolutionärer Sicht daraus, dass
befallene Kolonien von einem Bandwurm manipuliert werden? Werden die
fitter, weil es ein Wettrüsten gegen den Parasiten gibt?
Prof. Foitzik: Die Ameisen sind Opfer, ihre Fitness ist
langfristig vermindert. Es geht nicht ohne Kosten für die befallenen
Kolonien ab. Zwar ist ihre Produktivität kaum geringer, aber sie
produzieren mehr Männchen als Königinnen und die Arbeiterinnen
sterben früher. Dennoch leben sogar Nester mit rund 13 Prozent
infizierten Tieren noch Jahre. Dann ist der Evolutionsdruck zur
Entwicklung von Gegenstrategien nicht so groß.
Sind evolutionäre Gegenstrategien wie die Entwicklung neuer
Verhaltensweisen oder sogar neuer Arten denkbar?
Prof. Foitzik: Es ist denkbar, dass Kolonien, die sich etwa
weniger von Vogelkot ernähren, sich erfolgreicher fortpflanzen, weil
sie seltener infiziert werden. Eine andere Möglichkeit wäre, dass
infizierte Tiere erkannt und aus der Kolonie geworfen werden. Die
höhere Aggressivität gegenüber diesen Tieren deutet in diese
Richtung. Bei anderen Ameisenarten verlassen infizierte Individuen
das Nest von selbst. Vorstellbar ist ebenfalls, dass die Immunabwehr
der Ameisen wieder ihren Job macht. Normalerweise werden Angreifer
eingekapselt und so unschädlich gemacht, dem Bandwurm gelingt es aber
offenbar, das Immunsystem zu unterlaufen. Vielleicht interagieren
diese Arten noch nicht so lange miteinander oder der Selektionsdruck
ist noch nicht hoch genug. Aber selbst wenn die Ameise eine Antwort
findet, wird der Parasit kontern.
Also sind diese unheimlichen Parasiten Triebfedern der Evolution?
Prof. Foitzik: Ja, deren Rolle kann nicht unterschätzt werden. An
eine Umgebung kann eine Art irgendwann optimal angepasst sein. Aber
an einen Parasiten kann man nie optimal angepasst sein. Das ist ein
ewiges Wettrüsten. Und das Tempo der Veränderung gibt der
Selektionsdruck vor. Ich habe Populationen gesehen, in denen nur
jedes 200. Nest infiziert war - und dies auch nur mit wenigen Tieren.
Da mögen andere Plagegeister vordringlicher zu bekämpfen gewesen
sein. Aber hier in unserem Lennebergwald ist jedes dritte Nest
infiziert.
Ich drücke Ihnen die Daumen, dass Sie die Evolution in Echtzeit
erleben können. Letzter Schwenk: Neuroparasiten befallen auch den
Menschen, so etwa der Einzeller Toxoplasma gondii, den Menschen über
Kontakt mit Katzenkot aufnehmen. Auch das Verhalten von Menschen soll
sich anschließend verändern, mehr Selbstmorde bei Frauen, zu viel
Risikobereitschaft bei Männern. Birgt Ihre Forschung Chancen für ein
besseres Verständnis der Abläufe und somit auch für Gegenmittel?
Prof. Foitzik: Generell sind derartige Modellbeziehungen gut
geeignet, um das Zusammenwirken besser zu verstehen und auch, um
analysieren zu können, welche Veränderungen im Wirt passieren. Wenn
wir entschlüsseln können, mit welchen Substanzen der Parasit an
welchen Strippen zieht, wäre dies ein echter Fortschritt. Denn für
Parasiten sind wir Menschen auch nichts anderes als ein möglicher
Wirt.
↔Das Interview führte
↔Joachim Zießler
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Werner Kolbe
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Datum: 07.01.2016 - 17:54 Uhr
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