Queen brood care behavior is plastic and socially regulated in an annually eusocial insect
Diese Studie zeigt, dass Hummelköniginnen eine Verhaltensplastizität bei der Brutpflege während der Kolonienentwicklung beibehalten, wobei sie spezifisch zeigen, dass sie die Inkubations- und Fütterungsverhaltensweisen als Reaktion auf den Verlust von Arbeiterinnen sozial regulieren können, wobei die Inkubation eine größere Flexibilität als die Fütterung aufweist.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
In der Welt der Insekten ändert sich die Art und Weise, wie eine Mutter für ihre Jungen sorgt, oft, wenn ihre Familie wächst. Für viele Arten gibt es einen klaren Wendepunkt: Eine Mutter beginnt damit, alles selbst zu machen, aber sobald ihre Kinder groß genug sind und mithelfen können, tritt sie einen Schritt zurück, um sich darauf zu konzentrieren, mehr Babys zu machen. Dieser Wandel ist ein grundlegender Bestandteil der Funktionsweise sozialer Insektenkolonien, wie etwa bei Bienen und Ameisen. Wissenschaftler nennen dies „Verhaltensplastizität“, was schlicht die Fähigkeit eines Tieres beschreibt, seine Handlungen zu ändern, wenn sich seine Umgebung ändert. In sozialen Gruppen bedeutet dies, das Verhalten basierend darauf anzupassen, wer gerade anwesend ist. Während wir wissen, dass Insektenmütter ihre Rollen wechseln können, wenn ihre Helfer zum ersten Mal eintreffen, blieb es ein Rätsel, ob dieser Wechsel permanent ist. Wenn eine Königinbiene aufhört, Windeln zu wechseln und anfängt, Eier zu legen, verliert sie dann die Fähigkeit, wieder für ihre Jungen zu sorgen, falls die Helfer verschwinden? Oder ist ihre neue Rolle so festgeschrieben, dass sie sich nicht anpassen kann, wenn die soziale Welt um sie herum zusammenbricht?
Ein Team von Forschern der University of California, Riverside, beschloss herauszufinden, indem sie Königinnen von Hummeln in einer kontrollierten Umgebung beobachteten. Sie konzentrierten sich auf die Gemeine Erdhummel, eine Art, die ihr Leben allein beginnt. Eine neue Königin baut ein Nest, legt Eier und kümmert sich allein um die erste Gruppe von Larven. Sie füttert sie und hält sie warm. Schließlich schlüpfen ihre ersten Töchter und werden Arbeiterinnen. Diese Arbeiterinnen übernehmen die schwere Arbeit des Fütterns und Wärmens der Brut, sodass die Königin sich fast ausschließlich dem Legen von Eiern widmen kann. Die Forscher wollten testen, ob dieser Übergang eine Einbahnstraße war. Sie fragten sich, ob eine Königin, selbst in einer großen, reifen Kolonie mit Dutzenden von Arbeiterinnen, plötzlich wieder „erinnern“ könnte, wie man für ihre Jungen sorgt, wenn alle die Arbeiterinnen weggenommen würden.
Um dies zu beantworten, gestalteten die Wissenschaftler ein Experiment mit fünfzig Hummelkolonien. Sie züchteten diese Kolonien im Labor, bis sie drei verschiedene Wachstumsstadien erreicht hatten: früh, mittel und spät. Die frühen Kolonien hatten etwa fünf Arbeiterinnen, die mittleren etwa fünfzehn und die späten etwa fünfzig. In jedem Stadium teilten sie die Kolonien in zwei Gruppen auf. In einer Gruppe ließen sie die Arbeiterinnen allein. In der anderen Gruppe entfernten sie vorsichtig jede einzelne Arbeiterin aus dem Nest, sodass die Königin völlig allein mit ihrer Brut zurückblieb. Sie filmten die Königinnen dann zwei Tage lang und beobachteten sie genau, um zu sehen, wie sie sich vor und nach dem Verschwinden der Arbeiterinnen verhielten. Die Forscher suchten nach zwei spezifischen Handlungen: Inkubation, also der Moment, in dem die Königin auf den Eiern oder Larven sitzt, um sie warm zu halten, und Fütterung, bei der sie Nahrung direkt in die Mäuler der Jungen regurgitiert.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Königinnen weitaus flexibler waren, als man erwartet hatte. Als die Arbeiterinnen entfernt wurden, übernahmen die Königinnen innerhalb des folgenden Tages die Aufgabe, um die Lücke zu schließen. In jeder einzelnen Kolonie, unabhängig davon, ob sie jung oder alt war, erhöhten die Königinnen die Zeit, die sie mit der Inkubation der Brut verbrachten. Sie saßen häufiger und für längere Zeit auf den jungen Bienen, um sicherzustellen, dass diese warm blieben. Dies geschah selbst in den ältesten Kolonien, in denen die Königinnen seit Wochen Eier legten und kaum jemals die Aufgabe der Pflege übernommen hatten. Die Studie fand heraus, dass die Königinnen nicht einfach nur dort saßen; sie passten ihr Verhalten aktiv an die neue, einsame Realität ihrer Nester an. Es gab jedoch eine Grenze dieser Flexibilität. Während die Königinnen viel besser darin wurden, die Brut warm zu halten, erhöhten sie die Häufigkeit der Fütterung der Larven nicht signifikant. Die Fütterung blieb ein seltener Vorfall, der genauso selten stattfand wie zu der Zeit, als die Arbeiterinnen noch anwesend waren. Dies deutet darauf hin, dass die Fähigkeit, das Nest warm zu halten, eine Fertigkeit ist, die Königinnen an- und ausschalten können, während der Akt des Fütterns ein anderes, starreres Verhalten darstellt.
Die Forscher untersuchten auch, was mit der Fähigkeit der Königin geschah, Eier zu legen, wenn die Arbeiterinnen verschwanden. In den ältesten Kolonien legten die Königinnen nach dem Entfernen der Arbeiterinnen signifikant weniger Eier. Dies deutet auf einen Kompromiss hin: Wenn die Königin hart arbeiten musste, um die Brut warm zu halten, hatte sie weniger Energie oder Zeit, um neue Eier zu produzieren. Es scheint, dass der Körper der Königin ständig das Gleichgewicht zwischen den Kosten der Fürsorge für die Jungen und den Kosten der Produktion neuer Eier abwägt. Die Studie ergab auch, dass die Königinnen nicht einfach gedankenlos für jedes Jungtier sorgen, das sie sehen; sie sind selektiv. Die Königinnen verbrachten die meiste Zeit damit, die ältesten Larven und Puppen zu wärmen, während sie fast ausschließlich die jüngsten Larven fütterten. Dies deutet darauf hin, dass die Königinnen selbst dann, wenn sie die gesamte Arbeit selbst erledigen, strategische Entscheidungen darüber treffen, welche Jungen ihre Aufmerksamkeit am dringendsten benötigen.
Die vielleicht überraschendste Entdeckung war, dass diese Fähigkeit zum Rollenwechsel niemals verschwindet. Die Forscher untersuchten sogar voll entwickelte Kolonien mit Hunderten von Arbeiterinnen, bei denen man erwartet, dass die Königin nichts anderes tut als Eier zu legen. Selbst in diesen massiven Nestern wurde beobachtet, dass die Königinnen die Brut wieder inkubierten, wenn die Arbeiterinnen entfernt wurden. Dies beweist, dass der Übergang von einer Betreuerin zu einer spezialisierten Reproduktionsfrau kein permanenter Verlust der Fähigkeit ist. Die Königin behält die Kapazität, für ihre Jungen zu sorgen, auch wenn sie diese selten nutzt. Diese Flexibilität könnte ein entscheidendes Überlebenswerkzeug sein. In der Natur, wenn eine Kolonie ihre Arbeiterinnen durch einen Fressfeind oder einen Sturm verliert, muss die Königin in der Lage sein, einzugreifen und die verbleibende Brut zu retten, sonst wird die gesamte Kolonie sterben.
Die Studie stellt die alte Vorstellung infrage, dass eine Insektenkönigin, sobald sie sich auf die Fortpflanzung spezialisiert hat, ihre mütterlichen Instinkte verliert. Stattdessen zeigt sie, dass diese Instinkte immer da sind und nur darauf warten, bei Bedarf reaktiviert zu werden. Die Königinnen mussten nicht erst lernen, wie man für die Jungen sorgt; sie mussten sich lediglich daran erinnern, wie es geht. Dieser Befund verändert unser Verständnis darüber, wie soziale Insekten evolvieren. Er legt nahe, dass die Fähigkeit, sich an wechselnde soziale Bedingungen anzupassen, ein mächtiges Merkmal ist, das lebendig gehalten wird, selbst während die Kolonie wächst und die Rolle der Königin spezialisierter wird. Die Königin ist nicht bloß eine Eierlegemaschine; sie ist eine widerstandsfähige Mutter, die in der Lage ist, sofort die Richtung zu ändern, um sicherzustellen, dass ihre Familie überlebt – egal, wie viele Helfer sie hat oder wie alt die Kolonie auch ist.
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