Wie Termiten Gene verloren und komplexe Gesellschaften gewannen

Termiten betreiben einige der beeindruckendsten „Städte“ im Tierreich; ihre Kolonien können auf Millionen von Individuen anwachsen.

Eine neue Studie legt nahe, dass ihr Weg zu dieser Form des Zusammenlebens nicht durch zusätzliche genetische Aufrüstungen entstand.

Stattdessen scheinen Termiten ihr Erbgut verschlankt und Gene abgestossen zu haben, die überflüssig wurden, als Kooperation und das Familienleben die entscheidende Rolle übernahmen.

Indem Forschende die Entwicklung der Termiten bis zu schabenähnlichen Vorfahren zurückverfolgten, fanden sie entscheidende Schritte hin zu einer hoch entwickelten sozialen Organisation nicht bei genetischen Zugewinnen, sondern bei Genverlusten – insbesondere bei Genen, die Fortpflanzung und Spermienkonkurrenz betreffen.

Diese Veränderungen deuten darauf hin, dass die Evolution der Termiten nicht allein neue Verhaltensweisen hervorbrachte. Sie formte auch ihre Biologie um, damit das Leben in einer Kolonie funktionieren konnte.

Von Schabenverwandten zu Holzfressern

Am Anfang stand eine Veränderung der Lebensweise. Die Vorfahren der Termiten waren keineswegs von Beginn an soziale Überflieger. Sie ähnelten vielmehr Schaben – und lebten auch ähnlich.

Irgendwann begannen diese Insekten jedoch, in abgestorbenem Holz zu leben und es zu fressen. Diese Nahrung ist zäh, nährstoffarm und für ein einzelnes Tier nur schwer nutzbar.

„Termiten entwickelten sich aus Schabenvorfahren, die begannen, im Holz zu leben und es zu fressen“, sagte Nathan Lo von der University of Sydney, leitender Autor der Studie.

„Unsere Studie zeigt, wie sich ihre DNA zunächst veränderte, als sie sich auf diese minderwertige Nahrung spezialisierten, und sich dann erneut wandelte, als sie zu sozialen Insekten wurden.“

Der Wechsel ist bedeutsam, denn Holz ist zwar reichlich vorhanden, liefert aber nur wenige Nährstoffe. Wer davon leben will, braucht entweder ausgeprägte biologische Anpassungen – oder Unterstützung.

Die Termiten setzten auf Unterstützung. Den neuen Ergebnissen zufolge veränderte sich ihr genetisches Werkzeugset mit der zunehmenden Bedeutung der Zusammenarbeit so, dass das Kolonieleben leichter aufrechterhalten werden konnte.

Termiten verloren Gene, gewannen aber Ordnung

Um diese Veränderungen nachzuvollziehen, verglich das Forschungsteam hochwertige Genome von Schaben, „Holzschaben“ – nahen Verwandten, die bereits in kleineren Familiengruppen leben – sowie mehreren Termitenarten mit unterschiedlich komplexen Kolonien.

Eines der deutlichsten Muster war erstaunlich schlicht: Die Genome von Termiten und Holzschaben sind kleiner und weniger komplex als jene von Schaben.

Das widerspricht wohl den Erwartungen vieler Menschen. Häufig wird angenommen, dass grössere und stärker verflochtene Gesellschaften auch eine kompliziertere DNA erfordern. Die Daten dieser Studie weisen jedoch in die entgegengesetzte Richtung.

Je stärker Termiten voneinander abhängig wurden – indem sie Nahrung teilten, Aufgaben aufteilten und ihre Entwicklung koordinierten –, desto mehr Gene verloren sie offenbar, die mit Stoffwechsel, Verdauung und Fortpflanzung verbunden sind.

„Das überraschende Ergebnis ist, dass Termiten ihre soziale Komplexität durch den Verlust genetischer Komplexität erhöhten“, sagte Lo. „Das widerspricht der verbreiteten Annahme, dass komplexere Tiergesellschaften komplexere Genome benötigen.“

Das bedeutet nicht, dass Termiten genetisch „degenerierten“. Vielmehr wurde die Kolonie zur entscheidenden Einheit.

Wenn einzelne Tiere für ihr Überleben auf die Gruppe angewiesen sind – vor allem bei der Verarbeitung von Nahrung und der Versorgung des Nachwuchses –, können biologische Aufgaben von „meiner Aufgabe“ zu „unserer Aufgabe“ werden. Über evolutionäre Zeiträume hinweg können Termiten dann Gene verlieren, die in einem gemeinsam organisierten Sozialsystem weniger nützlich sind.

Spermien ohne Schwänze

Die auffälligsten Verluste betrafen Gene rund um Spermien. Bei vielen Tieren, darunter Schaben, können Weibchen sich mit mehreren Männchen paaren. Dadurch entsteht im Fortpflanzungstrakt ein Wettbewerb.

Spermien, die schneller schwimmen und länger überleben, haben bessere Gewinnchancen. Die Evolution begünstigt deshalb Merkmale wie einen Schwanz, also ein Flagellum, das die Bewegung ermöglicht.

Bei Termiten ist das anders: Ihre Spermien besitzen keine Schwänze und sind unbeweglich. Diese extreme Veränderung deutet deutlich darauf hin, dass sich ihr Paarungssystem grundlegend gewandelt hat.

„Dieser Verlust verursacht keine Monogamie“, sagte Lo. „Vielmehr ist er ein starker Hinweis darauf, dass sich Monogamie bereits entwickelt hatte.“

Anders ausgedrückt: Als die Vorfahren der Termiten strikt monogam wurden, verschwand der gesamte Wettbewerb zwischen Spermien.

Ohne Konkurrenz durch Spermien mehrerer Männchen bestand kein starker evolutionärer Druck mehr, die genetische Ausstattung für schnell schwimmende Spermien zu erhalten.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Vorfahren der Termiten strikt monogam waren“, sagte Lo. „Sobald Monogamie fest verankert war, bestand kein evolutionärer Druck mehr, Gene zu erhalten, die an der Beweglichkeit von Spermien beteiligt sind.“

Familienbande in Termitenkolonien

Dieser Befund ist Teil einer grösseren Debatte darüber, wie komplexe Insektengesellschaften entstehen. Eine seit Langem vertretene Position besagt, dass eine hohe Verwandtschaft innerhalb einer Gruppe – also enge genetische Beziehungen – nötig ist, um extreme Kooperation langfristig stabil zu machen. Eine andere Auffassung lautet, Verwandtschaft helfe zwar, sei aber nicht unverzichtbar.

Die Studie stützt eher die Annahme, dass Verwandtschaft zumindest bei Termiten entscheidend ist. Waren ihre Vorfahren tatsächlich strikt monogam, dann waren die Geschwister innerhalb einer Kolonie eng miteinander verwandt.

Dadurch kann die natürliche Selektion leichter Verhaltensweisen begünstigen, bei denen Individuen auf die eigene Fortpflanzung verzichten, um Verwandte bei der Aufzucht zu unterstützen. Einfach gesagt: Wer Geschwistern hilft, kann dennoch „eigene“ Gene weiterverbreiten, weil sie so viele davon teilen.

Nahrung bestimmt die Rollen der Termiten

Die Untersuchung betrachtet auch das Innere der Kolonie, um zu erklären, wie Termiten ihr soziales System am Laufen halten. Dass es bei ihnen Arbeiter und Königliche gibt, ist kein Zufall.

Die Studie beschreibt Experimente, die zeigen, dass die Ernährung in frühen Lebensphasen erheblich mitbestimmt, welche Rolle ein Tier später übernimmt.

Larven, die von älteren Geschwistern reichlich Nahrung erhalten, steigern ihren Energiestoffwechsel und entwickeln sich zu Arbeitern.

Sie pflanzen sich nicht fort, halten die Kolonie jedoch am Leben: Sie bauen, suchen Nahrung, verteidigen die Gemeinschaft und versorgen andere. Larven mit weniger Nahrung wachsen zunächst langsamer und behalten die Möglichkeit, später zu Königen oder Königinnen zu werden.

„Diese Rückkopplungsschleifen beim Teilen von Nahrung ermöglichen es den Kolonien, ihre Arbeiterschaft fein abzustimmen“, erklärte Lo. „Sie tragen dazu bei zu erklären, wie Termiten über lange Zeiträume stabile und hocheffiziente Gesellschaften aufrechterhalten.“

Es handelt sich um ein ausgeklügeltes internes Steuerungssystem: Einige Jungtiere werden stark gefüttert, um sofort Arbeiter hervorzubringen, während andere als potenzielle Fortpflanzungstiere für später in Reserve bleiben. Je nach Bedarf kann die Kolonie dieses Gleichgewicht anpassen.

Inzucht mit einem Zweck

Eine weitere Besonderheit zeigt sich, wenn ein König oder eine Königin stirbt. Man könnte vermuten, dass sich der überlebende Partner einfach erneut mit einem Tier von ausserhalb paart. Termitengesellschaften halten die Angelegenheit jedoch oft „in der Familie“.

Die freie Position wird häufig von einem Nachkommen des Königspaares besetzt. Das führt innerhalb der Kolonien zu Inzucht, was zunächst alarmierend klingt – bis man berücksichtigt, worauf die Kolonie ausgerichtet ist: genetische Verwandtschaft und soziale Stabilität.

Das heisst nicht, dass Termiten gegen die Risiken der Inzucht immun sind. Das System könnte dennoch bestehen bleiben, weil es die engen genetischen Bindungen bewahrt, die extreme Kooperation evolutionär tragfähig machen.

Gene verlieren, um Gesellschaft zu gewinnen

In ihrer Gesamtheit liefert die Studie eine überraschend elegante Erklärung dafür, wie Veränderungen im Erbgut Termiten dabei halfen, sich von schabenähnlichen Vorfahren zu hoch organisierten, langlebigen Gesellschaften zu entwickeln.

Dieser Weg bestand nicht nur darin, neue soziale Verhaltensweisen hervorzubringen. Er umfasste auch die Festigung der Monogamie, die Umgestaltung der Entwicklung durch das Teilen von Nahrung und den Verlust bestimmter Gene, sobald diese keinen Nutzen mehr hatten.

„Diese Arbeit zeigt, dass es beim Verständnis sozialer Evolution nicht nur darum geht, neue Merkmale hinzuzufügen. Manchmal geht es darum, worauf die Evolution zu verzichten beschliesst“, schloss Lo.