"Jede Arbeiterin kann eine Königin werden"

Roberto Bonasio, Träger des Max-Planck-Humboldt-Forschungspreises 2020, erzählt, was ihn an Ameisen besonders fasziniert

28. Oktober 2020

Roberto Bonasio von der Universität Pennsylvania erforscht, wie die epigenetische Regulierung von Genen das Verhalten und Aussehen von Individuen beeinflussen kann. Dazu untersucht er eine Ameisenart, bei der sich die Arbeiterinnen in Königinnen verwandeln können – ein eindrucksvolles Beispiel für die Bedeutung epigenetischer Veränderungen für einen Organismus. Einblicke in sein Forschungsprojekt gibt Roberto Bonasio am 4. November ab 18 Uhr im Livestream „Meet the Prizewinner“. Live zugeschaltet ist auch sein Kooperationspartner Marc Timmers vom Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung, Partnerstandort Freiburg, und Abteilungsleiter im Deutsches Krebsforschungszentrum. Die Online-Veranstaltung findet anstelle der ursprünglich geplanten Preisverleihung während der Berlin Science Week statt.

Roberto Bonasio von der Universität Pennsylvania ist für die Erforschung der epigenetischen Grundlagen des Verhaltens von Ameisen mit dem Max-Planck-Humboldt-Forschungspreis 2020 ausgezeichnet worden.

Roberto, Sie haben Ihre Doktorarbeit auf dem Gebiet der Immunologie verfasst? Wie sind Sie denn dazu gekommen, Ameisen als Forschungsobjekt zu wählen?

Während meiner Doktorarbeit kam die sogenannte Histon Code-Hypothese auf. Sie besagt, dass Histon-Proteine epigenetische Informationen enthalten und auf diese Weise steuern, wie und wann Gene aktiv werden. Das hat mich sofort fasziniert. Ich kam dann ins Labor von Danny Reinberg von der New York School of Medicine, einem der führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der Epigenetik. Kurz darauf erhielt er zusammen mit Shelley Berger von der Universität Pennsylvania und Jürgen Liebig von der Universität Arizona Forschungsgelder für die Untersuchung der Epigenetik sozialer Insekten. Zusammen überzeugten sie mich, dass es ungeheuer spannend wäre herauszufinden, warum sich die verschiedenen Kasten vieler Ameisenarten so unterschiedlich verhalten, obwohl sie dieselbe DNA-Sequenz besitzen.

Leider vergaßen sie zu sagen, dass es auch ungeheuer schwierig werden würde!

Was mussten Sie über Ameisen alles lernen, damit Sie diese Tiere im Labor halten können?

Ich muss gestehen, dass ich von Ameisen zuvor keine Ahnung hatte, ich bin ja Molekularbiologe. Ohne Janko Gospocic und viele andere hervorragende Kollegen, die die Ameisenkolonie in unserem Labor aufgebaut haben, hätte ich mein Forschungsprogramm zu Harpegnathos nicht etablieren können. Die Tiere können nämlich manchmal ziemlich anspruchsvoll sein was die Haltung und Ernährung betrifft.

Harpegnathos saltator-Arbeiterinnen mit verpuppten Larven (oben links).

Warum haben Sie unter den unzähligen Ameisenarten Harpegnathos saltator ausgesucht? Was ist das besondere an diesen Tieren?

Jürgen Liebig von der Universität Arizona hat uns auf Harpegnathos saltator aufmerksam gemacht. Er hat mit dieser Art jahrzehntelang gearbeitet. Das Besondere an dieser Ameise ist, dass sich die Arbeiterinnen in Königinnen verwandeln können. Und das ist für jemanden wie mich, der die epigenetischen Grundlagen von Verhalten verstehen will, natürlich ein faszinierender Vorgang. Die Tiere verwandeln sich sogar, wenn sie nicht in einer Kolonie leben. Eine einzelne, isolierte Arbeiterin wird automatisch zu einer Königin.

Wie verändern sich die Arbeiterinnen dadurch?

Äußerlich nicht sehr, aber ihr Gehirn wird massiv umgebaut. Außerdem entwickeln sich die Eierstöcke. Bei den Ameisen pflanzen sich ja nur die Königinnen fort, die Arbeiterinnen sind dagegen steril.

Der Großteil der Veränderungen betreffen das Verhalten: Arbeiterinnen jagen zum Beispiel, Königinnen legen Eier. Andere Veränderungen sind subtiler: Das Dominanzverhalten der Königinnen zum Beispiel lässt sich an der Art ablesen, wie sie laufen. Meine Kolleginnen und Kollegen im Labor können deshalb schon am Gang erkennen, ob eine Ameise eine Arbeiterin oder eine verwandelte Königin ist.

Außerdem leben die Königinnen viel länger: Ihre Lebenserwartung ist fünfmal so lange wie die der Arbeiterinnen. Stellen Sie sich vor, wie es wäre, wenn manche Menschen 80, andere aber 400 Jahre alt würden. Woran das liegt, wissen wir noch nicht. Aber wir konnten nachweisen, dass das Gehirn der Königinnen mehr Zellen einer Gruppe sogenannter Gliazellen enthält. Diese Zellen schützen die Nervenzellen. Auch Wirbeltiere besitzen einen vergleichbaren Zelltyp im Gehirn. Welche Rolle sie für das Älterwerden bei Wirbeltieren spielen, wollen wir zum Beispiel in Freiburg untersuchen.

Was haben Sie denn bei ihren Untersuchungen sonst noch herausgefunden?

Was mich ganz besonders verblüfft hat, ist die große Zahl an Genen, deren Aktivität sich zwischen Arbeiterinnen und Königinnen unterscheidet. 2000 solcher Gene haben wir inzwischen gefunden. Stellen Sie sich vor: Ich als Professor besäße ein Gehirn, in dem tausende Gene anders aktiv sind als zu meinen Studentenzeiten – das ist doch faszinierend!

Wir sind bei unseren Analysen zudem auf ein Schlüsselelement gestoßen, das die soziale Identität und das Verhalten der Tiere steuert: Das Neuropeptid Corazonin unterdrückt Verhaltensweisen, die typisch für eine Ameisenkönigin sind, z.B. die Produktion von Eiern. Wenn eine Arbeiterin also zur Königin werden soll, muss die Bildung dieses Signalmoleküls verringert werden.

Was lernen wir daraus?

Stellen Sie sich vor: Was sagt es über die Macht der Gene aus, wenn ein paar Gene das angeborene Verhalten, den sozialen Status in einer Kolonie und sogar die Lebenserwartung völlig verändern können? Es bedeutet, dass Gene natürlich wichtig sind – aber auch, dass das Erbgut alleine nicht das Schicksal bestimmt. Auch Sie können Königin werden – zumindest, wenn Sie eine Harpegnathos-Arbeiterin sind!

Gibt es etwas, worauf Sie sich in Deutschland ganz besonders freuen?

Auf wissenschaftlicher Ebene freue ich mich vor allem darauf, neue Kolleginnen und Kollegen in Freiburg  zu treffen. Persönlich werde ich es genießen, nach 20 Jahren in den USA wieder etwas Zeit in Europa zu verbringen. Ein schöner Nebeneffekt ist auch, dass es nur vier Stunden Autofahrt von Freiburg in meinen Heimatort am Lago Maggiore sind.

Meine Mutter freut sich schon!

Interview: Harald Rösch

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