The evolution of mating systems in highly eusocial Hymenoptera - [kumulative Dissertation]

Abstract

Hohe genetische Variabilität hat sich bei soziale Insekten schon mehrfach als vorteilhaft auf der Ebene der Kolonie erwiesen. Auf der Populationsebene hingegen wird genetische Variabilität letztlich durch die effektive Populationgröße (Ne) bestimmt, die bei eusozialen Hymenopteren durch die Kombination von Eusozialität, Haplodiploidie und komplementärer Geschlechtsbestimmung stark verringert ist. Der daraus resultierende starke Selektionsdruck hat dazu geführt, dass bei diesen Insekten sich Paarungssysteme evolviert haben, die die genetische Diversität erhalten und Inzuchtdepressionen vermeiden. Mittels der Treiberameise Eciton burchelliiund und der Honigbiene Apis mellifera als Modellorganismen habe ich in dieser Dissertation die Auswirkungen von Paarungssystemen auf die genetische Struktur von Freilandpopulationenen eusozialer Hymenopteren untersucht. Beide Arten haben einige wichtige Charakteristika gemeinsam, nämlich die obligatorische Mehrfachpaarung der Königinnen, abhängige Koloniegründung und ein extrem zu den Männchen hin verschobenes Verhältnis der Geschlechtstiere. Allerdings unterscheiden sie sich auch hinsichtlich des Paarungsverhaltens und der Verbreitungsfähigkeit der Männchen. Als erstes Hauptergebnis dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass bei der Kastendeterminierung der Arbeiterinnen von E. burchellii eine genetische Komponente beteiligt ist. Dieses Ergebnis impliziert dass hohe intrakoloniale genetische Variabilität in Verbindung mit genetisch beeinflusster Kastendeterminierung die Selbstregulation in Systemen mit komplexer Arbeitsteilung verbessern kann. Basierend auf Verwandschaftsanalyses konnte ich darüber hinaus zeigen, dass zum einen die Verbreitungsstrategie als auch die Polyandry in diesen Spezies den Genfluss maximieren und die nachteiligen Effekte, die aus der kleinen effektiven Populationsgrösse von Treiberameisen und Honigbienen resultieren, minimieren. Zuletzt konnte ich in meiner Arbeit darlegen wie sexuelle Selektion in beiden Spezies wirkt und zeigen, dass die weibliche Partnerwahl bei Treiberameisen das Auskreuzen zu fördern scheint, wohingegen bei Honigbienen der Konkurrenzkampf zwischen Männchen hauptsächlich auf Selektion der phenotypischen Varianz fußt und somit die genetische Diversität nicht beschränkt. Zusammenfassend zeigen meine Ergebnisse klar die große Bedeutung der Verbreitungsstrategien und des Genflusses als Schlüsselfaktoren für die Evolution von Paarungssystemen bei hoch eusozialen Hymenopteren.