Ökologie und Evolution von kooperativer Pilzzucht bei Käfern

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Biedermann
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322563882

Kooperation ist in der Natur allgegenwärtig und ihre Evolution beschäftigt Biologen bis heute. Viele grundlegende Prinzipien der sozialen Evolution sind heute weitgehend akzeptiert; dennoch sind größere Themen nach wie vor ungelöst. So ist es zum Beispiel noch nicht gelungen, soziales Verhalten bei Tieren experimentell zu evolvieren. Während die ökologischen Faktoren, die für intraspezifisches Sozialverhalten selektieren, relativ gut erforscht sind, ist immer noch unklar, ob es auch spezifische Faktoren gibt, die die Evolution von interspezifischem Mutualismus begünstigen. Borken- und Ambrosiakäfer sind exzellente Modellsysteme hierfür. Viele dieser Arten pflanzen Pilze zu Nahrungszwecken an - ein Merkmal, das in dieser Gruppe zumindest zehn Mal unabhängig entstanden ist. Besonders interessant ist, dass Pilzzucht immer mit der Evolution von höherem Sozialverhalten einhergegangen ist. Viele rezente Arten befinden sich am Übergang von einer sub-sozialen zu einer eusozialen Lebensweise, was im Tierreich sehr selten ist. Ich habe eine Brut- und Beobachtungsmethode entwickelt, die für viele Käferarten geeignet ist. Sie ermöglicht mir, direkt zu testen, wie bestimmte ökologische Faktoren die Evolution von Sozialität und den Insekt-Pilz-Mutualismus beeinflussen. Zudem können wir viel von den Mechanismen der tierischen Pilzzucht lernen, die in vielerlei Hinsicht mit der menschlichen Landwirtschaft vergleichbar ist.In diesem Projekt widme ich mich wichtigen ungelösten Themen auf dem Gebiet der Evolution von Sozialverhalten und Mutualismus, wobei mir Ambrosiakäfer als Modellsystem dienen. Meine primären Ziele sind: (i) experimentelle Evolution von mehr und weniger sozialen Käferlinien durchzuführen - mittels Selektion nach dem Ausflugszeitpunkt oder durch Manipulation der Pathogenbelastung, (ii) den Einfluss der ko-selektierten Pilzgemeinschaft auf das Sozialverhalten zu testen, (iii) soziale Polymorphismen zu erforschen und wie diese durch Habitateigenschaften und die Symbionten beeinflusst werden, (iv) festzustellen, ob Arbeitsteilung bei Käfern chemisch reguliert wird, (v) zu untersuchen, ob Ambrosiakäfer aktiv die Pilzgemeinschaft in ihren Gärten kontrollieren, wie sie Pathogene bekämpfen und ihre Nahrungspilz düngen, und (vi) einen Dialog zu etablieren zwischen Evolutionsbiologen und Agronomen, um Praktiken aus evolutionsbiologischer Sicht zu vergleichen und neue Forschungsansätze anzuregen. Um diese Ziele zu erreichen, werden meine Forschungsgruppe und ich einen interdisziplinären Ansatz verfolgen mit einer Kombination aus Selektionsexperimenten, Manipulationen, Kulturtechniken und modernen molekularen / biochemischen Methoden (z.B. qPCR, Next-Gen-Sequencing, GC-MS). Würzburg ist der am besten geeignete Ort für dieses Projekt, da hier enorme Expertise zu Sozialverhalten bei Insekten, Evolution und chemischer Ökologie vereint ist, unter anderem auf dem Gebiet der Pilzzucht bei Ameisen. Daraus erschließt sich Potential für exzellente Kooperationen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen