„Springende Gene“ halfen Ameisen bei ihrem evolutionären Siegeszug nach dem Aussterben der Dinosaurier

Ein Team um Dr. Lukas Schrader vom Institut für Evolution und Biodiversität der Universität Münster zeigt, dass die Evolution der Ameisen einen Schub durch die Aktivität mobiler DNA-Elemente im Erbgut erhalten hat.

Vor etwa 66 Millionen Jahren läutete ein Asteroideneinschlag das Ende des Dinosaurierzeitalters ein. Gleichzeitig ebnete diese Katastrophe den Weg für die Entstehung und Ausbreitung zahlloser neuer Tierarten. Auch die Ameisen traten damals einen evolutionären Siegeszug an.

Sie bilden heute die größte Familie sozialer Insekten und sind mit mehr als 15.000 Arten weltweit verbreitet. Eine nun in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlichte Forschungsarbeit legt nahe, dass die Ameisen bei ihrer Ausbreitung von sogenannten mobilen Elementen in ihrer DNA profitierten, die oft auch als „springende Gene“ bezeichnet werden. Die Studie stammt von einem internationalen Forschungsteam um Dr. Lukas Schrader vom Institut für Evolution und Biodiversität der Universität Münster.

Springende Gene sind DNA-Sequenzen, die sich innerhalb eines Genoms bewegen und vervielfältigen können. Lange Zeit wurden sie als eine Art „genomische Parasiten“ betrachtet, die sich im Erbgut ähnlich wie Viren vermehren und von denen der Organismus nicht profitiert, sondern die schlimmstenfalls sogar Krankheiten verursachen können. Mittlerweile werden sie jedoch zunehmend als Motoren evolutionärer Innovationen anerkannt.

Springende Gene gibt es auch bei Primaten und Fledermäusen

Die neue Studie zeigt, dass Ameisenlinien, die besonders viele dieser springenden Gene tragen, heute am artenreichsten sind. Noch auffälliger ist, dass die Forscherinnen und Forscher in den Vorfahren der größten Ameisengruppen im frühen Paläogen (vor etwa 66 Millionen Jahren) unabhängige Aktivitätsschübe der springenden Gene identifizierten, kurz bevor sich diese Linien in die Tausenden heute lebenden Arten diversifizierten. „Der Einschlag des Asteroiden hatte dramatische Folgen für die Umwelt. Wir haben jetzt den genomischen Mechanismus in Ameisen gefunden, der diese Umwälzungen der Ökosysteme mit anschließenden Artbildungsprozessen verknüpft: springende Gene“, betont Lukas Schrader. Das passe zu Studien aus anderen Tiergruppen wie Primaten und Fledermäusen, in denen Aktivitätsschübe springender Gene in jüngeren Phasen verstärkter Artbildung nachgewiesen wurden.

Das Team der neuen Studie brachte die mobilen genetischen Elemente zudem mit der Expansion wichtiger Genfamilien in Verbindung, die an der chemischen Kommunikation beteiligt sind. Hier spielten insbesondere Geruchsrezeptoren eine Rolle, die für das soziale Leben der Ameisen unerlässlich sind. Denn Ameisen navigieren, erkennen Nestgenossen und koordinieren Kolonien fast ausschließlich über den Geruch. Ihre Fähigkeit, chemische Signale zu erkennen und zu interpretieren, könnte durch die rastlose Aktivität ihrer eigenen Genome verstärkt worden sein.

Für die aktuelle Studie analysierte und verglich das Team Genome von 163 Ameisenarten aus zwölf der 16 heute lebenden Ameisen-Unterfamilien. Es rekonstruierte die evolutionäre Entwicklung und verfolgte die Aktivität springender Gene über die vergangenen 100 Millionen Jahre.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützte die Arbeit finanziell.