The evolution of resistance and virulence in structured populations

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Susanne Foitzik; Professor Dr. Dirk Metzler
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 64631874

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das geographische Muster von Resistenz und Virulenz hängt von den Fitnesskonsequenzen dieser Merkmale und der Populationsstruktur der interagierenden Arten ab. Sozialparasitische, sklavenhaltende Ameisen verwenden artfremde Arbeiterinnen, die in Raubzügen gestohlen werden, für ihre Jungenaufzucht. Wirte entwickelten Verteidigungsstrategien, die helfen, Parasitismus zu verhindern oder dessen Kosten zu vermindern. Zu diesen gehören, wie wir zeigen können, bei Wirten der sklavenhaltenden Ameise Protomognathus americanus Feinderkennung, ein hohes Aggressionsniveau, ein geringer Spezialisierungsgrad, hohe chemische Diversität und induzierbare Aggression. Darüber hinaus zeigen unsere Ergebnisse, dass die Expression dieser Verteidigungsmerkmale voneinander und vom lokalen Parasitendruck abhängen. Ausserdem dokumentieren wir Fitnessvorteile mehrerer Verteidigungsmerkmale im Feld und standartisierten Laborbedingungen. Ein besonderes, da altruistisches Verteidigungsmerkmal, ist die Sklavenrebellion: Wir konnten für mehrere Wirtspopulationen belegen, dass versklavte Temnothorax Arbeiterinnen die Puppen ihres Sklavenhalters töten. Das daraus resultierende geringere Wachstum der Parasitenkolonien führt zu selteneren und weniger destruktiven Raubzügen. Wir untersuchten, ob die Vernichtung der Parasitenbrut die Gesamtfitness von versklavten Wirtsarbeiterinnen erhöht, indem sie das Raubzugsrisiko für verwandte Wirtskolonien in der Nähe verringert. Populationsgenetische Analysen zeigten nicht nur eine starke Strukturierung über das gesamte Verbreitungsgebiet der Arten, sondern auch eine starke lokale Strukturierung der Wirtspopulation. Neben Wirtsnestern, die Raubzüge überlebt haben, führt Zweignestbildung dazu, dass verwandte Wirtskolonien direkt vom Rebellionsverhalten ihrer Sklavenverwandten profitieren könnten. Eine Simulationsstudie auf Basis unserer empirischen Analysen zeigte, dass für die Ausbreitung des Rebellionsalleles eine Metapopulationsstruktur mit wiederkehrenden lokalen Aussterben der Populationen und Wiederbesiedelung durch wenige Gründerindividuen essentiell ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2009): First evidence for slave rebellion: Enslaved ant workers systematically kill the brood of their social parasite Protomognathus americanus. Evolution 63: 1068-1075
  Achenbach, A. and S. Foitzik
  
• (2010): Brood exchange experiments and chemical analyses shed light on slave rebellion in ants. Behavioural Ecology 21: 948-956
  Achenbach, A., V. Witte, and S. Foitzik
  
• (2011): Increased host aggression as an induced defence against slavemaking ants. Behavioural Ecology 22: 255-260
  Pamminger, T, I. Scharf, P. Pennings, and S. Foitzik
  
• (2011): Similar evolutionary potentials in an obligate ant parasite and its two host species. Journal of Evolutionary Biology 24: 871–886
  Pennings, P., A. Achenbach, and S. Foitzik
  
• (2012): Raiders from the sky: slavemaker founding queens select for aggressive host colonies. Biology Letters 8: 748-750
  Pamminger, T, A.P. Modlmeier, S. Suette , and S. Foitzik
  
• (2013): Geographic distribution of the anti-parasite trait slave rebellion. Evolutionary Ecology 27: 39-49
  Pamminger, T., A. Leingärtner , A. Achenbach , I. Kleeberg, P. Pennings, and S. Foitzik
  
• (2014): Collective defense portfolios of ant hosts shift with social parasite pressure. Proceedings of the Royal Society B, 281: 1791
  Jongepier, E., I. Kleeberg, S. Job, and S. Foitzik
  
• (2014): Forewarned is forearmed: Aggression and information use determine fitness costs of slave raids. Behavioral Ecology 25: 1058-1063
  Kleeberg, I., T. Pamminger , E. Jongepier, M. Papenhagen, and S. Foitzik
  
• (2014): Oh sister, where art thou? Spatial population structure and the evolution of an altruistic defence trait. Journal of Evolutionary Biology 27: 2443-2456
  Pamminger, T., S. Foitzik, D. Metzler, and P. Pennings
  
• (2015): Geographic variation in social parasite pressure predicts intra- but not interspecific aggressive responses in hosts of a slavemaking ant. Ethology 121: 1-9
  Kleeberg, I., E. Jongepier, S. Job, and S. Foitzik
  
• (2015): The ecological success of a social parasite increases with manipulation of collective host behaviour. Journal of Evolutionary Biology 28: 2152–2162
  Jongepier E, I. Kleeberg, and S. Foitzik
  
• (2016): Ant recognition cue diversity is higher in the presence of slavemaker ants. Behavioural Ecology 27: 304-311
  Jongepier E and S. Foitzik
  
• (2016): Fitness Costs of Worker Specialisation for Ant Societies. Proceedings of the Royal Society B 283: 1822
  Jongepier E and S. Foitzik
  
• (2016): The influence of space and time on the evolution of altruistic defense: the case of ant slave rebellion. Journal of Evolutionary Biology
  Metzler D, F. Jordan , T. Pamminger , and S. Foitzik