Evolution of colony characteristics in the harvester ant genus Pogonomyrmex

Die Gattung Pogonomyrmex ist besonders gut geeignet, um die Evolution der Charakteristika von Ameisenkolonien allgemein zu untersuchen, und insbesondere deren soziogenetische Struktur, da die Biologie für einige ihrer Arten sehr gut bekannt ist, und eine Diversität an Paarungshäufigkeiten und Könniginnenzahlen vorkommt. Diese Variation in der soziogenetischen Struktur der Kolonien erzeugt eine hohe Varianz an Verwandschaftsgraden innerhalb von Kolonien, und kann eine Hauptkomponente darstellen, welche die Evolution verschiedenster Koloniecharakteristika vorantreibt. Um die Variabilität intrakolonialer Verwandschaftsgrade innerhalb der Gattung Pogonomyrmex genau zu bestimmen, wurde für ausgewählte Mitglieder der Gattung, nämlich für P. (sensu stricto) rugosus, P. (sensu stricto) badius and P. (Ephebomyrmex) pima, mit Hilfe der Technik des DNA-Fingerabdruckes die Anzahl an Matrilinien und Patrilinien bestimmt. Es wurde versucht die Evolution dieser Koloniecharakteristika vor dem Hintergrund einer Phylogenie zu erklären. Zu diesem Zweck wurde ein Gen-Stammbaum für 39 Arten der Gattung Pogonomyrmex erstellt. Die Artabdeckung betrug 83% bei den Nord-Amerikanischen, und 43% bei den Süd-Amerikanischen Arten. Effektive Mehrfachpaarung von Königinnen wurde für P. rugosus (me=4.1) und P. badius (me=6.7) bestätigt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass beide Arten monogyn sind. Diese Ergebnisse bestätigen Verhaltensbeobachtungen von Mehrfachpaarungen in diesen Arten. Mittlerweile ist Mehrfachpaarung in 9 Pogonomyrmex Arten bekannt (bei 3 Arten durch Verhaltensbeobachtungen – bei 6 Arten durch genetischen Nachweis). In P. (E.) pima hingegen waren alle der untersuchten Königinnen einfach gepaart (me=1.0). Daher könnte es sein, dass Mehrfachpaarung entweder früh in der Evolution der Gattung Pogonomyrmex entstand und nachträglich in der Untergattung Ephebomyrmex verloren wurde (Plesiomorphie-Hypothese), oder sie entstand zum ersten mal in der Untergattung Pogonomyrmex sensu stricto (Apomorphie-Hypothese). In P. huachucanus, einer Art, die basal zu dem Nord-Amerikanischen sensu stricto Komplex ist, könnten die im Vergleich zu ihren sensu stricto Verwandten geringeren effektiven Paarungshäufigkeiten der Königinnen (J. Gadau and C.-P. Strehl, unveröffentlicht) einen Wechsel von Monandrie zu Polyandrie im Verlauf der Entstehung der fortschrittlicheren sensu stricto Arten widerspiegeln, was die Apomorphie-Hypothese unterstützen würde. Die intrakolonialen Verwandtschaftsgrade sind dennoch in P. (E.) pima niedrig. Dies ist möglicherweise auf mehrere reproduktive Königinnen (Polygynie) zurückzuführen. Polygynie ist ebenfalls dokumentiert für mindestens vier weitere Arten der Untergattung Ephebomyrmex, mit genetischer Evidenz allerdings bisher nur für P. (E.) pima. Es könnte sein, dass es einen evolutionären Ausgleich (trade-off) zwischen Polyandrie und Polygynie innerhalb der Untergattung Ephebomyrmex gab, und daher beide Untergattungen eine hohe genetische Vielfalt innerhalb der Kolonien behielten. Diese hohe genetische Vielfalt könnte einer der Gründe sein für den Erfolg und die Radiation der Gattung Pogonomyrmex in Trockengebieten. Evolution könnte eine hohe genetische Vielfalt von Pogonomyrmex Kolonien begünstigt haben, da sie den Kolonien hilft die Organisation der Kolonie und die Effizienz mit der externe Aufgaben ausgeführt werden zu verbessern. Wenigstens in P. badius konnte eine Verknüpfung zwischen Patrilinien und physischem Polyethismus gefunden werden, was auf eine Verbesserung der Kolonieorganisation mit Hilfe von Polyandrie hindeutet. Darüber hinaus könnten die dargelegten extremen Polyandrie- Werte den P. badius-Weibchen helfen die Möglichkeit der Inzucht aufgrund eingeschränkter Ausbreitung zu bewältigen. Eine eingeschränkte Ausbreitung wird auch in P. (E.) pima durch flügellose, intermorphe Königinnen beobachtet. Jedoch wird bei P. (E.) pima die Inzucht durch Auskreuzen mittels Männchen möglicherweise verhindert, da keine signifikante Inzucht gefunden wurde. In den vorliegenden Gen-Stammbäumen war die Untergattung Pogonomyrmex Ephebomyrmex von der Untergattung Pogonomyrmex sensu stricto getrennt. Daher könnte es sein, dass P. Ephebomyrmex in den Status einer Gattung erhoben wird, auch aufgrund distinkter morphologischer und lebensgeschichtlicher Charaktere. Für eine präzise taxonomische Revision müsste allerdings eine breite Ergänzung an Arten vorgenommen werden. Es wurde in P. rugosus Kolonien normalerweise eine geringe Anzahl von unverwandten Arbeiterinnen vorgefunden, die möglicherweise aus Brutraub ausgewachsener Kolonien auf Gündungs-Kolonien stammen. Es ist allseits bekannt, dass die meisten Gründungskolonien von benachbarten, ausgewachsenen Kolonien der eigenen Art zerstört werden, aber es wurde bisher angenommen, dass die Brut dieser Kolonien ebenfalls zerstört wurde. Dieser oft vernachlässigte Aspekt könnte einen wichtigen Stärke-Bonus für ausgewachsene Kolonien darstellen.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Würzburg

Year

2005

Author dc:creator

• Strehl, Christoph-Peter

Contributors dc:contributor

• Gadau, Juergen

• Phylogenie
• Mehrfachpaarung
• Pogonomyrmex rugosus
• Pogonomyrmex badius
• Ephebomyrmex pima
• phylogeny
• polyandry

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