The evolution of resistance and virulence in structured populations

• Applicants: Professorin Dr. Susanne Foitzik; Professor Dr. Dirk Metzler
• Subject Area: Evolution, Anthropology
• Term: from 2008 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 64631874

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

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.

Publications

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