The importance of direct fitness for helpers in advanced insect societies

• Applicant: Professor Dr. Jürgen Heinze
• Subject Area: Evolution, Anthropology
• Term: from 2015 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 283883031

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Hamiltons Theorie der Gesamtfitness erklärt elegant, wieso sich Arbeiter und Arbeiterinnen in den Staaten eusozialer Insekten für die Gesamtheit aufopfern. Demnach können sie Kopien ihrer Gene indirekt dadurch verbreiten, dass sie einen Verwandten bei der Aufzucht von dessen Nachkommen unterstützen (indirekte Fitness). Bei Cryptotermes-Termiten und Feldwespen scheinen Helfer aber auch selbst Nachkommen produzieren zu können und damit direkte Fitness gewinnen. Inwieweit direkte Fitness auch für die Arbeiterinnen von hoch eusozialen Ameisen wichtig ist, wurde bislang nicht näher untersucht. Wir zeigen, dass ein erheblicher Anteil der in Populationen der Ameise Temnothorax crassispinus produzierten Männchen nicht von den Königinnen abstammt. Durch Verwandtschaftsbestimmungen in natürlichen Kolonien und Beobachtungen an unter naturnahen Bedingungen im Labor gehaltenen Nestern konnten wir zeigen, dass sowohl Arbeiterinnen der Königinnen als auch fremde, ins Nest adoptierte Arbeiterinnen unbefruchtete Eier legen und daraus Söhne heranziehen können. Arbeiterinnen können sowohl in königinnenlosen Zweignestern von polydomen Kolonien als auch direkt im Beisein der Königin Männchen produzieren. Männchen, die von Arbeiterinnen abstammen, unterscheiden sich in Lebensdauer, Körpergröße und Spermienqualität nicht von den Söhnen der Königin. Unsere Studie zeigt, dass zumindest in der von uns untersuchten Art Arbeiterinnen neben indirekter Fitness auch in beträchtlichem Maß direkte Fitness erzielen können. Direkte Fitnessgewinne von Arbeiterinnen in Modelle einzubeziehen könnte dazu beitragen, die große Variabilität von Koloniestrukturen und sozialen Organisationen bei Ameisen und anderen sozialen Insekten besser zu verstehen.

Publications

• (2016) The importance of direct fitness for workers in a Temnothorax ant. Meeting of the European Sections of the International Union for the Study of Social Insects, Helsinki, Aug. 8 – 11, 2016
  Giehr J, Heinze J
  
• (2017) Direct fitness for workers in a Temnothorax ant. European Society of Evolutionary Biology Congress, Groningen, Aug 20 – 25, 2017
  Giehr J, Heinze J
  
• (2017) Effect of queen presence on worker reproduction and colony fitness. 7th Central European Workshop of Myrmecology, Krakow, April 22-23, 2017
  Wallner J, Giehr J, Heinze J
  
• (2017) Fitness of worker-produced males in the ant Temnothorax crassispinus. Central European Meeting of the International Union for the Study of Social Insects, Schöntal, Oct. 9 – 12, 2017
  Wallner J, Giehr J, Heinze J
  
• (2018) Queens stay, workers leave: caste-specific responses to fatal infections in an ant. BMC Evol Biol 18: 202
  Giehr, Julia & Heinze, Jürgen
  
• (2019) Sanitary behavior in queenright and queenless ant colonies. Behav Proc 164: 86-90
  Giehr, Julia; Czaczkes, Tomer J. & Heinze, Jürgen
  
• (2020) Ant workers produce males in queenless parts of multi-nest colonies. Sci Rep 10: 2152
  Giehr, Julia; Senninger, Lisa; Ruhland, Katja & Heinze, Jürgen