Erratum
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85 Good Vibrations" bei B tattschneiderarneisen Die Larven der Blattschneiderameisen werden rnit einem Pilt er- nahrt, der in riesigen unterirdischen Garten auf einem aus Blattern bergestellten Nahrboden geziichtet wird. Kolonnen von Arbeite- rinnen sind standig unterwegs, urn an nahegelegenen Baumen ihrem Korpergewicht angepagte Stiicke aus den Blattern zu schnei- den und sie in die Nester zu transportieren. Zweieinhalb KiIo- gramm Blatter pro Tag kann eine einzelne Ameisr eintragen. Ein Volk aus Hunderttausenden von Individuen kann in einer eintigen Nacht eine ganze Citrus-, Mango- oder Kaffeeplantage entlauben. Scit Iangem ist bekannt, daC Blattschneiderameisen Schall fur die Kornrnunikation untereinan- der erzeugen. Die Tiere bewegen hierzu ihren Hinterleib auf und ab, und streifen mit einem Fort- satz ihrer Chitinhaut iiber eine waschbrettahnliche Struktur am Hinterleib (,,Stridulation"). Die dabei entstehenden Schwingun- gen werden uber die Beine an den Boden weitergeleitet und sind fur Nestgenossen als Vibrationen des Untergrundes wahrnehmbar (,,Substratschall"). Wie der Kon- sranzer Zoologe Hubert Markl (chemaliger Prasident der Deut- schen Forschungsgemeinschaft) schon in den sechziger Jahren zeigte, konnen solche Vibrations- signale als Hdferuf dienen: Wenn cine Arneise wahrend der Bautatigkeit am Nest unter der Erde begraben wird, ,,singt" (striduliert) sie kraftig. Die Vi- brationen werden durch den Boden weitergeleitet, und helfen den Rettern beim Auffinden ihrer Nestgenossin. Blattschneiderameisen stridulie- ren auch wahrend des Schneidens cines Blattes. Die genaue Funkti- on der Signale in diesem Zusarn- menhang ist bislang im Dunkeln gebheben. Forscher des Lehr- stuhls fur Verhaltensphysiologie und Soziobiologie der Univer- sitat Wurzburg haben jetzt die Funktion dieser Signale aufge- klirt (11. Die Wiirzburger For- scher filmten zunachst den Schneidevorgang und analysier- ten die genaue Abfolge. Dabei zeigte sich, da13 die Ameisen lmrner dann Vibrationen erzeu- gen, wenn sich die Kiefer SchlieRen. Mit einern Laser- Doppler-Vibrometer, einern Gcrat, das Schwingungen in Festkiirpern sehr genau rnessen kann, ermittelten die Zoologen dam, wie stark die Mundwerk- Zeuge mitschwingen. In einem weiteren Versuch montierten sie eincn einzclnen Unterkiefer auf &en Lautsprecher und zeigtcn, daR die Kiefer Blatter besser schneiden konnen, wenn sie vibrieren. Die Vibrationen der Mundwerkzeuge unterstutzen also den Schneidevorgang: Die hochfrequenten Schwingungen lassen die Blatter steif erscheinen. Anatomen nutzen das gleiche Prinzip bei der Anfertigung von histologischen Schnittcn aus weichern Material, indern sie das Messer vibrieren lassen (,,Vibra- tornK). Auch andere Hautflugler nutzen dieses ,,Vibracom-Prin- zip" zur Erleichtemng mcchani- scher Aufgaben. So unterstiitzt der Bienenwolf, eine Grabwes- penart, das Graben seiner Brut- gange dureh Vibrationen, die er durch Anspannen seiner Muskeln erzeugt (E. Strohrn, Doktor- arbeit, Universitat Wurzburg). Die Vibrationen der Blattschnei- derameisen wirken zusaczlich auch als Signal. 1st die Blattnah- rung hochwertig, kann man besonders viele Ameisen stridu- lieren sehen. In einern Wahtver- such zeigte sich, dai3 andere Blattschneiderameisen vibrieren- dc gegeniiber ,,stillen" Asten bevorzugt wahlen 121. Die Wurz- burger Verhaltensforscher ent- wickelten aus ihren Ergebnissen eine Abfolge fur die Evolution solcher Signale: Zunachst diente die Stridulation moglicherweise lediglich der mcchanischen Er- Ieichterung des Schneidens. Jun- ge, weiche Blatter sind auf der einen Seite das schwerer zu schneidende Material, Stridulati- on tritt hier also besonders haufig auf; auf der anderen Seite stellen solche Bkatter die bessere Nah- rung dar. Die Vibrationen beka- men irn Laufe der Evolution daher eine Signalbedeutung: Je starker ein Blatt vibriert, und mit ihm der ganze ASK, desto wert- voller ist es als Nahrung. Aus einem ahnlichen Vorgang ent- wickelte sich wohl das vorher erwahnte Alarmsignal: im Unter- grund begrabene Tiere stridulie- ren beim Versuch sich zu befrei- en, um ihre Grabversuche zu unterstutzen. Der dabei cntste- hcnde Bodenschall alarmiert dann benachbarte Ameisen und hilft, die zu rettende Ameise zu lokalisieren. Moglicherweise habcn die Wurzburger Zoologen hier ein allgemeines Prinzip der Evolution von Vibrationssignalen aufgedeckt. [l] Tautz, ROWS, Holldobler (1995) Science 267: 84. [2) ROCCS, Tautz, Holldobler (1993) Natuwissenschaften 80: 521. Johanncs Menzel, Munchen Das Taucher- Hamoglobin Wer hat nicht schon einmal in einem Abenteuerfilm gcschcn, wie cin Mensch den Krokodilen zurn FraR vorgeworfen wurde - sogar den unschlagbaren Jamcs Bond sollten die gefraCigen Rep- tilien einmal verspeisen. Vie1 weniger bekannt ist, da13 Kroko- dile ihr Opfer - in freier Wild- bahn oft Antilopen und andere Saugetiere - haufig nicht durch Bisse town, sondern indem sie es unter Wasser ziehen, so da13 es ertrinkt. Und man mu9 schon in Zoologie bewandert sein, urn zu wissen, dafi Krokodile uber eine Stunde lang tauchen konnen, bevor sic zum Luftholen an die Oberflachen kommen miissen. Die Ursache fur dieses gute Tauchvermogen kennt man seit Anfang der achtziger Jahre: Das Harnoglobin, der sauerstofftrans- portiercnde rote Blutfarbstoff, zeigt bei Krokodilen einen be- sonderen allosterischen Effekt: Wenn sich im Blut Bicarbonat- ionen ansamrneln, die ja das End- produkr der Zellatmung darstel- len, macht das Hamoglobin eine Konformationsindcmng durch, die seine Affinitat fur Sauerstoff drastisch sinken IaRt: Sauerstoff wird folglich besonders wirksarn an das Gewebe abgegeben. Eine japanische Wissenschaftlcr- gruppe berichtete jetzt in Nature iiber die Aufklarung des moleku- laren Mechanismus, der diesem allosterischen Effekt zugrunde- liegt. Dazu swllte man rnit gen- technischen Methoden in E. coli nicht nur die reinen a- und P-Harnoglobin-Untereinheiten des Nilkrokodils (Crucodylus niloticus) und des Menschen her, sondern auch Hybridproteine, in denen einzelne Abschnitte des menschlichen Hamoglobins gegen solche aus dem Krokodil ausgctauscht waren. An vcrschie- denen Kornbinationen dieser Untereinheiten wurde dann je- weils dcr allosterische C02- Effekt gemessen. Wie sich bei den Arbeiten zunachst herausstellte, sind im Hamoglobin des Krokodils zwei Molekiilabschniue in den Unter- einheiten a, und p fur den allosterischen Effekt verantwort- lich: Sie befindcn sich in dem Bereich des Molekiils, in dern sich die beiden Untereinheiten beriihren. Uberraschender war das zweite Ergebnis: Man kann menschlichem Hamoglobin dcn gleichen allosterischen Effekt vcrlcihen, wenn man nur zwolf Aminosauren in dem fraglichen Molekulanteil gegen solche aus dcm Krokodil -Hamoglobin austauscht. Und das, obwohl die a-Ketten der beiden Arten nur in 68 und die P-Ketten in 51 Pro- zent ihrcr Arninosauren iiber- einstimmen. Das veranderte mcnschliche Hamoglobin nannten die japanischen Wissen- schaftler ,,Scuba" - das Taucher- Protein. Fur die Evoludonstheorie ist dieser Befund von groaer Bedeu- tung, zeigt er doch, daR bereits der Austausch eines kleinen Pro- tcinabschnitts (bzw. der zugehorigen DNA-Sequenz) eine ganz neue Eigenschaft entstehcn lassen kann. Das ,,Spiel" der Evolution mit kleinen Genab- schnitten, die imrner wieder neu kornbiniert werden, kann also sehr schnell einen Gewinner hervorbringen. [N. H. Komiyarna et a]. (1995) Natwre 373,244-2461 Sebastian Vogel, Koln Erratum Liebe Leserin, lieber h e r ! In Abb. 3 bei unserem letzten ,,DAS EXPERIMENT" hat sich ein kleiner Fehler eingeschlichen: Die beiden Halbbilder sind ver- sehentlich vertauscht worden, so dafl man beim ,Zusamrnenschie- len" den Zweig tzefenrichtig sieht, bei der ,,Starmchnik" dagegen (die man auch bei den Magic-Eye-Bil- dern einsetzt) tiefenverkehrt. Rainer Wolf, Wiirzburg Biolbgie in unserer Zeit / 25. Jahrg. 1995 / Nr. 2
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85
Good Vibrations" bei B tattschneiderarneisen Die Larven der Blattschneiderameisen werden rnit einem Pilt er- nahrt, der in riesigen unterirdischen Garten auf einem aus Blattern bergestellten Nahrboden geziichtet wird. Kolonnen von Arbeite- rinnen sind standig unterwegs, urn an nahegelegenen Baumen ihrem Korpergewicht angepagte Stiicke aus den Blattern zu schnei- den und sie in die Nester zu transportieren. Zweieinhalb KiIo- gramm Blatter pro Tag kann eine einzelne Ameisr eintragen. Ein Volk aus Hunderttausenden von Individuen kann in einer eintigen Nacht eine ganze Citrus-, Mango- oder Kaffeeplantage entlauben.
Scit Iangem ist bekannt, daC Blattschneiderameisen Schall fur die Kornrnunikation untereinan- der erzeugen. Die Tiere bewegen hierzu ihren Hinterleib auf und ab, und streifen mit einem Fort- satz ihrer Chitinhaut iiber eine waschbrettahnliche Struktur am Hinterleib (,,Stridulation"). Die dabei entstehenden Schwingun- gen werden uber die Beine an den Boden weitergeleitet und sind fur Nestgenossen als Vibrationen des Untergrundes wahrnehmbar (,,Substratschall"). Wie der Kon- sranzer Zoologe Hubert Markl (chemaliger Prasident der Deut- schen Forschungsgemeinschaft) schon in den sechziger Jahren zeigte, konnen solche Vibrations- signale als Hdferuf dienen: Wenn cine Arneise wahrend der Bautatigkeit am Nest unter der Erde begraben wird, ,,singt" (striduliert) sie kraftig. Die Vi- brationen werden durch den Boden weitergeleitet, und helfen den Rettern beim Auffinden ihrer Nestgenossin.
Blattschneiderameisen stridulie- ren auch wahrend des Schneidens cines Blattes. Die genaue Funkti- on der Signale in diesem Zusarn- menhang ist bislang im Dunkeln gebheben. Forscher des Lehr- stuhls fur Verhaltensphysiologie und Soziobiologie der Univer- sitat Wurzburg haben jetzt die Funktion dieser Signale aufge- klirt (11. Die Wiirzburger For- scher filmten zunachst den Schneidevorgang und analysier- ten die genaue Abfolge. Dabei zeigte sich, da13 die Ameisen lmrner dann Vibrationen erzeu- gen, wenn sich die Kiefer SchlieRen. Mit einern Laser- Doppler-Vibrometer, einern Gcrat, das Schwingungen in Festkiirpern sehr genau rnessen kann, ermittelten die Zoologen dam, wie stark die Mundwerk- Zeuge mitschwingen. In einem weiteren Versuch montierten sie eincn einzclnen Unterkiefer auf &en Lautsprecher und zeigtcn,
daR die Kiefer Blatter besser schneiden konnen, wenn sie vibrieren. Die Vibrationen der Mundwerkzeuge unterstutzen also den Schneidevorgang: Die hochfrequenten Schwingungen lassen die Blatter steif erscheinen. Anatomen nutzen das gleiche Prinzip bei der Anfertigung von histologischen Schnittcn aus weichern Material, indern sie das Messer vibrieren lassen (,,Vibra- tornK). Auch andere Hautflugler nutzen dieses ,,Vibracom-Prin- zip" zur Erleichtemng mcchani- scher Aufgaben. So unterstiitzt der Bienenwolf, eine Grabwes- penart, das Graben seiner Brut- gange dureh Vibrationen, die er durch Anspannen seiner Muskeln erzeugt (E. Strohrn, Doktor- arbeit, Universitat Wurzburg).
Die Vibrationen der Blattschnei- derameisen wirken zusaczlich auch als Signal. 1st die Blattnah- rung hochwertig, kann man besonders viele Ameisen stridu- lieren sehen. In einern Wahtver- such zeigte sich, dai3 andere Blattschneiderameisen vibrieren- dc gegeniiber ,,stillen" Asten bevorzugt wahlen 121. Die Wurz- burger Verhaltensforscher ent- wickelten aus ihren Ergebnissen eine Abfolge fur die Evolution solcher Signale: Zunachst diente die Stridulation moglicherweise lediglich der mcchanischen Er- Ieichterung des Schneidens. Jun- ge, weiche Blatter sind auf der einen Seite das schwerer zu schneidende Material, Stridulati- on tritt hier also besonders haufig auf; auf der anderen Seite stellen solche Bkatter die bessere Nah- rung dar. Die Vibrationen beka- men irn Laufe der Evolution daher eine Signalbedeutung: Je starker ein Blatt vibriert, und mit ihm der ganze ASK, desto wert- voller ist es als Nahrung. Aus einem ahnlichen Vorgang ent- wickelte sich wohl das vorher erwahnte Alarmsignal: im Unter- grund begrabene Tiere stridulie- ren beim Versuch sich zu befrei-
en, um ihre Grabversuche zu unterstutzen. Der dabei cntste- hcnde Bodenschall alarmiert dann benachbarte Ameisen und hilft, die zu rettende Ameise zu lokalisieren. Moglicherweise habcn die Wurzburger Zoologen hier ein allgemeines Prinzip der Evolution von Vibrationssignalen aufgedeckt.
[ l] Tautz, ROWS, Holldobler (1995) Science 267: 84. [2) ROCCS, Tautz, Holldobler (1993) Natuwissenschaften 80: 521.
Johanncs Menzel, Munchen
Das Taucher- Hamoglobin Wer hat nicht schon einmal in einem Abenteuerfilm gcschcn, wie cin Mensch den Krokodilen zurn FraR vorgeworfen wurde - sogar den unschlagbaren Jamcs Bond sollten die gefraCigen Rep- tilien einmal verspeisen. Vie1 weniger bekannt ist, da13 Kroko- dile ihr Opfer - in freier Wild- bahn oft Antilopen und andere Saugetiere - haufig nicht durch Bisse town, sondern indem sie es unter Wasser ziehen, so da13 es ertrinkt. Und man mu9 schon in Zoologie bewandert sein, urn zu wissen, dafi Krokodile uber eine Stunde lang tauchen konnen, bevor sic zum Luftholen an die Oberflachen kommen miissen. Die Ursache fur dieses gute Tauchvermogen kennt man seit Anfang der achtziger Jahre: Das Harnoglobin, der sauerstofftrans- portiercnde rote Blutfarbstoff, zeigt bei Krokodilen einen be- sonderen allosterischen Effekt: Wenn sich im Blut Bicarbonat- ionen ansamrneln, die ja das End- produkr der Zellatmung darstel- len, macht das Hamoglobin eine Konformationsindcmng durch, die seine Affinitat fur Sauerstoff drastisch sinken IaRt: Sauerstoff wird folglich besonders wirksarn an das Gewebe abgegeben.
Eine japanische Wissenschaftlcr- gruppe berichtete jetzt in Nature iiber die Aufklarung des moleku- laren Mechanismus, der diesem
allosterischen Effekt zugrunde- liegt. Dazu swllte man rnit gen- technischen Methoden in E. coli nicht nur die reinen a- und P-Harnoglobin-Untereinheiten des Nilkrokodils (Crucodylus niloticus) und des Menschen her, sondern auch Hybridproteine, in denen einzelne Abschnitte des menschlichen Hamoglobins gegen solche aus dem Krokodil ausgctauscht waren. An vcrschie- denen Kornbinationen dieser Untereinheiten wurde dann je- weils dcr allosterische C 0 2 - Effekt gemessen.
Wie sich bei den Arbeiten zunachst herausstellte, sind im Hamoglobin des Krokodils zwei Molekiilabschniue in den Unter- einheiten a, und p fur den allosterischen Effekt verantwort- lich: Sie befindcn sich in dem Bereich des Molekiils, in dern sich die beiden Untereinheiten beriihren. Uberraschender war das zweite Ergebnis: Man kann menschlichem Hamoglobin dcn gleichen allosterischen Effekt vcrlcihen, wenn man nur zwolf Aminosauren in dem fraglichen Molekulanteil gegen solche aus dcm Krokodil -Hamoglobin austauscht. Und das, obwohl die a-Ketten der beiden Arten nur in 68 und die P-Ketten in 51 Pro- zent ihrcr Arninosauren iiber- einstimmen. Das veranderte mcnschliche Hamoglobin nannten die japanischen Wissen- schaftler ,,Scuba" - das Taucher- Protein.
Fur die Evoludonstheorie ist dieser Befund von groaer Bedeu- tung, zeigt er doch, daR bereits der Austausch eines kleinen Pro- tcinabschnitts (bzw. der zugehorigen DNA-Sequenz) eine ganz neue Eigenschaft entstehcn lassen kann. Das ,,Spiel" der Evolution mit kleinen Genab- schnitten, die imrner wieder neu kornbiniert werden, kann also sehr schnell einen Gewinner hervorbringen.
[N. H. Komiyarna et a]. (1995) Natwre 373,244-2461
Sebastian Vogel, Koln
Erratum Liebe Leserin, lieber h e r ! In Abb. 3 bei unserem letzten ,,DAS EXPERIMENT" hat sich ein kleiner Fehler eingeschlichen: Die beiden Halbbilder sind ver-
sehentlich vertauscht worden, so dafl man beim ,Zusamrnenschie- len" den Zweig tzefenrichtig sieht, bei der ,,Starmchnik" dagegen (die man auch bei den Magic-Eye-Bil- dern einsetzt) tiefenverkehrt.
Rainer Wolf, Wiirzburg
Biolbgie in unserer Zeit / 25. Jahrg. 1995 / Nr. 2
