Perzeption und Effekte von herbivorieinduzierten Pflanzenvolatilen auf Blattschneiderameisen und ihren symbiotischen Pilz

Perception and effects of herbivory-induced plant volatiles on leaf-cutting ants and their symbiotic fungus.

  • Das Futtersuchverhalten von Blattschneiderameisen (BSA) weist zwei Besonderheiten auf, die bislang nicht mit der Theorie des optimalen Nahrungserwerbs in Übereinstimmung gebracht werden konnten: sie (i) verlassen ihre Nahrungspflanzen frühzeitig bevor diese komplett entlaubt sind und (ii) ernten Bäume in beträchtlicher Distanz , obwohl conspezifische Bäume (mit scheinbar gleicher Blattqualität) näher am Nest liegen. Eine mögliche kausale Erklärung bietet die Hypothese induzierter Pflanzenabwehr (induced-defence hypothesis), durch welche die beobachteten Futtersuchmuster als zeitlich und räumlich dynamisches Mosaik aus induzierter, wenig induzierter und nicht induzierter Pflanzenabwehr in Pflanzenindividuen und Pflanzenteilen zu verstehen wären. In diesem Kontext war es das Ziel meiner Diplomarbeit zu klären ob und mit welcher Wirkung herbivorieinduzierte Pflanzenvolatile (HIPVs) von BSA perzipiert werden. Der Fokus lag dabei auf der jeweils spezifischen Rolle der beiden symbiontischen Partner des BSA-Systems (Ameisen und Pilz) und möglichen Interaktionen zwischen ihnen. Im ersten Untersuchungsabschnitt wurden Atta colombica-Arbeiterinnen in olfaktometrischen Wahlexperimenten mit einzelnen Komponenten und dem naturgetreuen Mix der HIPVs der Limabohne (Phaseolus lunatus) konfrontiert. Da hierbei kein Eintrag induzierter Blätter in die Kolonie stattfand, blieb der symbiotische Pilz unbeeinflusst von den HIPVs. Um andererseits spezifisch die Reaktion des Pilzpartners auf die HIPVs der Limabohne zu beurteilen, wurden Wachstumsassays mit Kulturen des Gartenpilzes Leucoagaricus gongylophorus durchgeführt. Zentrale Ergebnisse meiner Untersuchung waren: (1) BSA-Arbeiterinnen zeigten im Olfaktometer keine Reaktion auf verschiedene Konzentrationen der Limabohnen-HIPVs (Abb. 1); (2) Hingegen konnten für eine Reihe von HIPVs antimykotische Eigenschaften auf den symbiotischen Pilz nachgewiesen werden (Abb. 2). Im Lichte dieser Ergebnisse sind viele bisher publizierte Hinweise auf die repellente Wirkung von HIPV-Komponenten auf BSA-Kolonien/Arbeiterinnen (Aigner 2007, Tremmel 2008) nur dann zu verstehen, wenn man sie als eine nachträgliche, vom symbiotischen Pilz vermittelte‚ verzögerte Ablehnung (so genannte delayed rejection hypothesis, sensu Knapp et al 1990) interpretiert. Pilz-inhibierende Substanzen werden dabei zunächst von BSA- Arbeiterinnen in die Kolonie eingetragen und zu einem späteren Zeitpunkt abgelehnt. Die vorliegende Studie kann somit als Unterstützung der induced-defence hypothesis gelten.
  • The foraging behavior of Leaf-cutting ants (LCAs) does not always follow the predictions of the optimal foraging theory as they (i) frequently abandon still profitable food plants before they have been completely defoliated; (ii) often travel greater distances to forage even if conspecific plants with presumably equal leaf qualities are much closer to the nest. An explanation for this behavior can be provided by the ‘induced-defence hypothesis’, predicting that LCA-herbivory results in activation of plant defences generating a dynamic mosaic of plants at varying induction levels. Avoiding induced plants/plant parts would lead to the observed patchiness of foraging. The aim of my study was to evaluate the ability of Atta colombica workers to perceive herbivore-induced plant volatiles (HIPVs) from lima bean plants (Phaseolus lunatus) and whether/how they impact food plant selection. To specifically assess the response to HIPVs of both symbiotic partners, ants and symbiotic fungus, ant workers were confronted with various concentrations of HIPVs in olfactory choice assays, with no subsequent incorporation of induced, HIPV-emitting foliage in the fungus-garden (i.e. ’naive’ colonies). On the other hand, the effects of HIPV-components on the symbiotic fungus Leucoagaricus gongylophorus were tested by means of growth inhibition assays on agar plates. The results showed that: (1) workers from naive colonies were unable to discriminate between HIPV and control emissions; (2) both the authentic mixture of all main HIPV components and several individual components alone effectively inhibited the growth of the symbiotic fungus. On the basis of the delayed rejection hypothesis (i.e. the delayed, fungus-mediated rejection of substrate that is harmful for the fungus but not for the ants), the results can be interpreted as support for the ‘induced-defence hypothesis’.

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Metadaten
Author:Jörg Stephan
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-16639
Document Type:Master's Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2010
Year of Publication:2010
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Tag:Ameisen ; Herbivorie ; Pflanzenabwehr ; Pilz; induziert
ants ; fungus; herbivory ; induced ; plant defence
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Biologie
DDC-Cassification:570 Biowissenschaften; Biologie

$Rev: 12793 $