Prof. Dr. Susanne Foitzik: Heimlicher Herrscher im Ameisenstaat

Ameisenhügel

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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

Quelle: Landeszeitung Lüneburg (ots)