Gruppe Menzel

Chemical Ecology & Community Organization in Ants

Keywords: chemical ecology, evolution of cuticular hydrocarbon profiles, antipredator behaviour, interspecific interactions, ecosystem functions of ants, ant community ecology, division of labor, tropical rainforest, ants, spiders, aphids.

 

FORSCHUNGSINTERESSEN

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit interspezifischen Interaktionen zwischen verschiedenen Ameisenarten sowie zwischen Ameisen und anderen Arthropoden. Interaktionen zwischen Ameisenarten können aggressiv sein (Konkurrenz), sie können jedoch auch mutualistisch, kommensalistisch oder parasitisch sein. Wir erforschen diese Interaktionen aus zwei Perspektiven: aus einer top-down-Perspektive erforschen wir, wie Ameisengemeinschaften in tropischen Regenwäldern organisiert sind. Wir untersuchen Nischendifferenzierung zwischen Arten sowie die Ökosystemfunktionen, die die einzelnen Arten erfüllen. in diesem Zusammenhang interessieren uns auch Biodiversität und Ökosystemfunktionen von Ameisen und anderen Arthropoden in konventioneller Landwirtschaft und Dynamischem Agroforst.

Aus der bottom-up-Perspektive untersuchen wir gezielt Interaktionen zwischen bestimmten Arten. Hier untersuchen wir Verhaltensinteraktionen und chemische Signale bei Ameise-Ameise- und Ameise-Blattlaus-Interaktionen, sowie bei Räuber-Beute-Interaktionen zwischen anderen Arthropodenarten.

Diese Interaktionen werden oftmals von chemischen Signalen bestimmt - Signalen von der Körperoberfläche der Insekten (kutikuläre Kohlenwasserstoffe) und indirekte Signale, wie z.B. chemische Fußspuren. Kürzlich konnten wir zeigen, dass Ameisen auf chemische Fußspuren anderer Kolonien und Arten reagieren, was ihr Fouragierverhalten stark beeinflussen kann. Kutikuläre Kohlenwasserstoffe (CHC) stellen das wichtigste intra- und interspezifische Kommunikationssignal bei Ameisen und anderen Insekten dar. Daher erforschen wir nicht nur ihre Rolle bei Interaktionen, sondern auch die proximaten und ultimaten Faktoren, die ihre Zusammensetzung beeinflussen. Neben ihrer Kommunikationsfunktion dienen CHC auch dazu, das Insekt vor Austrocknung zu schützen. In unserer Arbeitsgruppe untersuchen wir die daher Evolution und Diversifikation von CHC-Profilen in Folge von Selektionsdrücken, die sie durch ihre verschiedenen Funktionen erfahren. Daneben erforschen wir, wie einzelnen Individuen im Laufe ihres Lebens ihr CHC-Profil ändern können, um auf veränderte Klimabedingungen zu reagieren. Um die molekulare Basis von CHC-Biosynthese und -Evolution zu verstehen, analysieren wir zudem die Genexpression bei Individuen von verschiedenen Klimabedingungen, sowie von nahe verwandten, aber chemisch stark verschiedenen Ameisen.

Laufende Forschungsprojekte:

  1. Klimatische Einflüsse auf das Kohlenwasserstoffprofil von Ameisen und deren Konsequenzen für Trockenresistenz, Kolonieerkennung und Materialeigenschaften
  2. Verhaltensreaktionen von Ameisen auf chemische Fußspuren
  3. Evolution und phylogenetisches Signal von kutikulären Kohlenwasserstoffprofilen bei Ameisen
  4. Diversifizierung von CHCs bei mutualistischen Ameise-Ameise-Assoziationen (Parabiosen) im tropischen Südamerika
  5. Ökosystemfunktionen und Struktur von Ameisengemeinschaften in den tropischen Regenwäldern Südamerikas und Südostasiens
  6. Oberflächenchemie und Austrocknungsresistenz bei verschiedenen Arthropodentaxa
  7. Feindvermeidungsverhalten (antipredator behavior) und nicht-konsumptive Effekte von Spinnen auf Beute-Arthropoden: Verhaltensinteraktionen, chemische Signale, ökologische Konsequenzen
  8. Einfluss von landwirtschaftlichen Anbaumethoden auf Biodiversität und Ökosystemfunktionen

Mögliche Themen für Forschungspraktika, Bachelor-, Diplom-, Staatsexamens- oder Masterarbeiten (unter anderem):

  • Wie reagieren Ameisen auf chemische Fußspuren?
  • Können Ameisen lernen, auf bestimmte Spuren zu reagieren?
  • Welchen Einfluss hat individuelle Persönlichkeit auf das Verhalten von Ameisen?
  • Gibt es Links-Rechts-Unterschiede im Ameisenverhalten?
  • Wie ändern sich Genexpressionsmuster, wenn Ameisen sich an verschiedene Temperaturen akklimatisieren?
  • Mutualismus oder nicht? Kosten und Nutzen bei Ameise-Blattlaus-Interaktionen
  • Was fressen Ameisen? Partitionierung der Nahrungsnische zwischen und innerhalb von Ameisenarten
  • Chemische Diversifizierung bei Ameisenarten im tropischen Südamerika
  • Wie hängen chemische Variation und Kolonieerkennung zusammen?
  • Wie ändern Ameisen ihre Profile, um auf verändertes Klima zu reagieren?
  • Wie hängen chemische Profile und Austrocknungstoleranz bei verschiedenen Arthropodentaxa zusammen?
  • Wie beeinflusst die Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffschicht ihre Fähigkeit, vor Austrocknung zu schützen?
  • Wie hängen chemische Zusammensetzung der CHC-Schicht und physikalische Eigenschaften zusammen?
  • Wie beeinflussen Kohlenwasserstoffe die Resistenz von Ameisen gegenüber Pathogenen?
  • Wie unterscheiden sich Biodiversität und Ökosystemfunktionen zwischen konventioneller Landwirtschaft und Dynamischem Agroforst?

Verwendete Methoden:

  • Freilandversuche
  • Verhaltensversuche im Labor
  • Chemische Analysen von kutikulären Kohlenwasserstoffen und Fettsäuren mittels GC-MS
  • Mikrorheologische Messungen von Viskosität (in Zusammenarbeit mit Bérengère Abou, Paris)
  • Transkriptomanalysen (RNAseq)
  • Populationsgenetik
  • mikrobielle Versuche
  • Agentenbasierte Simulationen

 

GRUPPENMITGLIEDER

Die "ant crew" beim Forschungsaufenthalt in Französisch-Guyana, Oktober 2018

Gruppenleiter

PostdoktorandInnen

DoktorandInnen

Master-/DiplomstudentInnen:

  • Marti Wittke (How does climate acclimation influence CHC profiles and their recognition in two species of Lasius?)
  • Lucas Jäger (Effect of temperature acclimation in ants on CHC composition, CHC biophysics and drought survival)

BachelorstudentInnen:

  • Constantin Stefan (Does Arthropod Diversity in a field with agroforestry differ from a conventional cultivated field?)
  • Tom Kliebhan (Comparing Dynamic Agroforestry and Conventional Farming Regarding Biodiversity and Predation)
  • Sophie Späth (Inter-colony variation in behavioural traits in the ant Lasius niger)

Ehemalige Doktoranden: