Biophysikalische und funktionelle Konsequenzen von Variation im kutikulären Kohlenwasserstoffprofil von Ameisen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Florian Menzel
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505488074

Kutikuläre Kohlenwasserstoffe (CHCs) bedecken den Körper fast aller Insekten. Ihre Zusammensetzung ist sehr variabel: intraspezifische Variabilität betrifft die quantitative Zusammensetzung der gleichen CHCs, während verschiedene Arten ganz unterschiedliche Stoffe besitzen können. Die CHC-Schicht schützt vor Austrocknung, aber auch vor Pathogenen, und dient als Kommunikationssignal. Während CHC-Variation in bezug auf Kommunikation intensiv untersucht wird, ist viel weniger bekannt, wie sie Austrocknungsschutz und Pathogenabwehr beeinflusst. Beide Funktionen hängen von Interaktionen zwischen Kohlenwasserstoffmolekülen ab, die ihrerseits Phasenverhalten und Viskosität der CHC-Schicht beeinflussen. Wir wissen noch wenig darüber, wie CHC-Variation diese physikalischen Merkmale beeinflusst, und wie diese die Funktionalität der CHC-Schicht prägen.In diesem Projekt möchte ich die Auswirkungen von CHC-Variation auf physikalische Eigenschaften, den Austrocknungsschutz und die Abwehrfähigkeit gegen Pilzpathogene bei Ameisen untersuchen. Zunächst werde ich intraspezifische Varianz bei zwei Ameisenarten untersuchen – und zwar akklimatorische CHC-Änderungen (die Reaktionsnorm) in verschiedenen Populationen. Viele Insekten ändern durch Akklimatisierung ihr CHC-Profil und erhöhen dabei ihre Trockenresistenz. Aufgrund stärkerer Klimaschwankungen sollten kontinentale Populationen eine größere Reaktionsnorm und damit höhere Toleranz gegenüber Schwankungen evolviert haben als maritime. Wir werden Kolonien beider Arten auf einem maritim-kontinentalen Gradienten in Europa sammeln und bei verschiedenen Temperaturen akklimatisieren. Anschließend werden wir Änderungen im CHC-Profil, und damit verbunden, in physikalischen Merkmalen, Trockenresistenz, Wasserdurchlässigkeit und CHC-induzierter Wachstumshemmung von Pilzen untersuchen.Interspezifische Varianz wird anhand des auffälligsten Unterschieds zwischen CHC-Profilen untersucht werden: ob sie von ungesättigten oder mehrfach methylverzweigten Kohlenwasserstoffen dominiert sind. Diese Unterscheidung beschreibt einen großen Teil der Varianz zwischen Insektenarten. Wir werden Arten beider Profiltypen sammeln und in bezug auf physikalische Eigenschaften, Wasserdurchlässigkeit und die Hemmung von Pilzwachstum vergleichen, mit einem besonderes Fokus darauf, ob und wie diese Eigenschaften sich während der Akklimatisierung ändern.Dieses Projekt wird CHC-Zusammensetzung mit dem physikalischen Phänotyp und der Funktionalität der CHC-Schicht verknüpfen. Vor allem die Verbindung von CHC-Zusammensetzung und physikalischen Merkmalen ist neu und wurde bisher (außer n-Alkanen) nur wenig untersucht. Sie wird Aussagen ermöglichen, welche chemischen und physikalischen Merkmale unter Selektion sind, und so zu unserem Verständnis der CHC-Evolution beitragen. Zudem werden wir beurteilen können, wie Arten und Populationen mit verschiedenen Klimaten umgehen. Dies wird notwendig sein, um ihre Reaktion auf den Klimawandel einzuschätzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen