Abbildung: Pilz auf dem optimalen, aminosäurereichen Ernährungsplan (oben links), nicht infizierte Ameisen wählen eine zuckerreiche Ernährung (oben rechts), infizierte Ameisen wählen das optimale, aminosäurereiche Pilzernährungsschema (in der Mitte), Ameisen nach Injektion mit inaktiven Pilzzellen (unten rechts).
© Sergio Ibarra & Audrey Dussutour
Ernährung ist ein Hauptfaktor, der die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Parasit beeinflusst. Eine parasitäre Infektion hat einen ernährungsbezogenen Kostenfaktor für den Wirt, da die Aktivierung der Immunantwort zur Verteidigung gegen einen Parasiten aminosäurereich (Bausteine, aus denen Proteine bestehen) ist. Der Wirt könnte daher versuchen, seine Nahrungsauswahl anzupassen, um diese Bedürfnisse nach Aminosäuren auszugleichen. Der Parasit hat seinerseits spezifische ernährungsphysiologische Bedürfnisse. Er könnte daher geneigt sein, das Verhalten des Wirts zu manipulieren und ihn zu Nahrungsquellen hin zu orientieren, die für ihn vorteilhaft wären.
In dieser Studie untersuchten die Wissenschaftler die Rolle der Ernährung in einem Wirt-Parasit-System: der Argentinischen Ameise, Linepithema humile, und dem entomopathogenen Pilz, Metarhizium brunneum.
Ernährungsbedürfnisse des Pilzes
Die Ernährungsbedürfnisse von Parasiten sind kaum bekannt, da es oft schwierig ist, sie außerhalb ihres Wirts zu pflegen. Zunächst versuchten die Wissenschaftler, das optimale Ernährungsschema des Pilzes zu identifizieren, indem sie ihn auf 18 verschiedenen Nahrungsdiäten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen (AA:S) von Aminosäuren (AA) und Zucker (S) züchteten, von einer Diät mit halb so viel Zucker wie Aminosäure (2:1) bis zu einer Diät mit zweihundertmal mehr Zucker als Aminosäuren (1:199). Sie stellten fest, dass der Pilz sein Wachstum und seine Fortpflanzung auf einem relativ aminosäurereichen Ernährungsschema (1:4) maximiert.
Um zu sehen, ob der Pilz dieses optimale Ernährungsschema für sein Wachstum aus zwei unausgewogenen, aber komplementären Diäten zusammenstellen kann, boten sie dem Pilz die Wahl zwischen: einer sehr aminosäurereichen Diät (2:1) und einer sehr zuckerreichen Diät (1:199).
Sie stellten fest, dass der Pilz in der Lage ist, seine ernährungsphysiologischen Bedürfnisse zu befriedigen und sein Wachstum zu maximieren, was seine Fähigkeit zeigt, mit komplexen ernährungsphysiologischen Herausforderungen umzugehen, obwohl er kein Nervensystem besitzt.
Ernährungsbedürfnisse der Ameisen
In einer früheren Studie hatten Wissenschaftler gezeigt, dass Argentinische Ameisen auf Diäten, die reich an Aminosäuren sind, eine kürzere Lebensdauer haben. In dieser Studie bewerteten sie das Überleben von infizierten und nicht infizierten Ameisen auf zwei Nahrungsdiäten: einer zuckerreichen Diät (1:199) und dem optimalen Pilzernährungsschema (1:4).
Die Wissenschaftler bestätigten, dass das optimale, aminosäurereiche Pilzernährungsschema die Lebensdauer der nicht infizierten Ameisen drastisch reduziert, im Gegensatz zu einem zuckerreichen Ernährungsschema (1:199). Sie zeigten jedoch, dass die Lebensdauer der infizierten Ameisen durch die Infektion verringert wird, aber nicht durch die Ernährung beeinflusst wird, da die infizierten Ameisen auf einer zuckerreichen Diät genauso lange leben wie auf dem optimalen Pilzernährungsschema.
Die Hypothese der Wissenschaftler ist, dass auf dem optimalen Pilzernährungsschema die Toxizität der Aminosäuren durch ihre Verwendung für die Immunantwort neutralisiert wird.
Eine kollektive Wahl für das optimale Pilzernährungsschema
Anschließend wollten die Wissenschaftler wissen, welches Ernährungsschema Ameisenkolonien, die infiziert und nicht infiziert sind, gegenüber einem zuckerreichen Ernährungsschema (1:199) und dem optimalen Pilzernährungsschema (1:4) wählen würden. Sie fanden heraus, dass die nicht infizierten Kolonien das zuckerreiche Ernährungsschema wählen, während die Kolonien der infizierten Ameisen das optimale Pilzernährungsschema wählen, selbst wenn der Prozentsatz der infizierten Ameisen in der Kolonie nur 10% der Kolonie ausmacht.
Wer entscheidet – die Ameise oder der Pilz?
Um schließlich zu erfahren, ob die Nahrungsauswahl von Kolonien infizierter Ameisen das Ergebnis einer Manipulation des Pilzes ist, um sein Wachstum zu maximieren, oder einer ernährungsphysiologischen Kompensation der Ameisen, um die energetischen Kosten in Form von Aminosäuren für die Immunantwort zu decken, induzierten die Autorinnen eine Immunantwort bei den Ameisen in Abwesenheit des Parasiten. Zu diesem Zweck injizierten sie den Ameisen inaktive Pilzzellen. Sie zeigten, dass diese Injektion und die parasitäre Infektion beide zur Überexpression von Genen führen, die an der Immunantwort beteiligt sind.
Dann enthüllten sie, dass die mit inaktiven Pilzzellen injizierten Ameisen das optimale Pilzernährungsschema wählen, genau wie die infizierten Ameisen. Diese Ergebnisse bezeugen, dass die parasitierten Ameisen das optimale Pilzernährungsschema wählen, um ihr Immunsystem zu stärken, und nicht als Antwort auf eine Manipulation durch den Pilz. Diese Studie offenbart also eine Form der kollektiven Selbstmedikation. Tatsächlich wählen die infizierten Ameisen gemeinsam ein Ernährungsschema, das langfristig Kosten für die Überlebensfähigkeit der nicht infizierten Ameisen hat, das aber kurzfristig für die Immunantwort der infizierten Ameisen vorteilhaft ist.
Referenz:
Csata E, Pérez-Escudero A, Laury E, Leitner H, Latil G, Heinze J, Simpson SJ, Cremer S, Dussutour A.
Pilzinfektion verändert die kollektive Nahrungsaufnahme von Ameisenkolonien
Current Biology.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.01.017