In Experimenten mit sechs Ameisenarten konnte ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie bei fünf Arten nachweisen, dass Ameisen, die Ozon ausgesetzt waren, von ihren Nestgenossinnen nicht mehr erkannt wurden – und stattdessen als Feinde attackiert wurden. Verantwortlich dafür sind Alkene: organische Verbindungen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, die einen kleinen aber entscheidenden Bestandteil des Duftprofils bilden. Ozon reagiert gezielt mit diesen Doppelbindungen und zerstört sie. Selbst winzige Veränderungen im Duftsignal genügen, um die soziale Identität zu verfälschen – ein dramatisches Beispiel dafür, wie menschliche Umweltverschmutzung soziale Systeme in der Natur stören kann.
Die Arbeitsgruppe Geruchsgesteuertes Verhalten von Markus Knaden am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie beschäftigt sich schon seit längerem mit den Auswirkungen von Ozon auf die chemische Kommunikation von Insekten. So konnte das Forschungsteam zeigen, dass erhöhte Ozonwerte das Paarungssignal bei Fruchtfliegen verändern, weil die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in den Sexualpheromonen der Insekten durch Ozon aufgebrochen werden. Nachdem männliche Fliegen Ozon ausgesetzt waren, konnten sie Weibchen nicht mehr von anderen Männchen unterscheiden. Außerdem veränderte Ozon Paarungssignale so, dass die Paarungsgrenze zwischen verschiedenen Fliegenarten aufgehoben wurde, was zum Auftreten fortpflanzungsunfähiger Hybriden führte.
Diese Erkenntnisse führten Markus Knaden und sein Team dazu, auch die Auswirkungen von Ozon auf das Zusammenleben sozialer Insekten wie Ameisen zu untersuchen, denn die Nesterkennung in der Kolonie beruht ebenfalls auf chemischen Signalen beruht.
Die Erkennung von Nestgenossinnen: Ein „Handschlag“ aus Molekülen
Die Erkennung von Nestgenossinnen basiert in der Regel auf einer artspezifischen Mischung aus Kohlenstoffwasserstoffverbindungen, die Ameisen in ihren Drüsen produzieren. Diese Mischung besteht hauptsächlich aus stabilen Alkanen, aber auch aus Alkenen – Verbindungen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, die oxidiert und abgebaut werden können. Obwohl Alkene nur in sehr geringen Mengen vorkommen, sind sie entscheidend für die koloniespezifische Duftsignatur. Ameisen lernen gleich nach dem Schlüpfen die besondere Duftmischung ihrer Kolonie kennen. Später, wenn sie mit anderen Ameisen in Kontakt kommen, vergleichen sie den Duft dieser Ameisen mit dem bekannten Duft ihrer eigenen Kolonie. Erkennen sie den Duft wieder, werden die anderen Ameisen als Nestgenossinnen angesehen und freundlich behandelt. Andernfalls kommt es in der Regel zu Aggressionen gegenüber Ameisen, deren Duftprofil nicht mit dem der eigenen Kolonie übereinstimmt. „Wir wollten wissen, ob erhöhte Ozonkonzentrationen eine Veränderung des Duftprofils und damit Aggressionen gegenüber Ameisen hervorrufen würden. Die entscheidende Frage für uns war: Kann die ausbalancierte Sozialstruktur von Ameisenkolonien durch Luftverschmutzung aus dem Gleichgewicht gebracht werden?“, sagt Erstautor Nan-Ji Jiang.
Ozonbelastete Nestgenossinnen werden wie fremde Eindringlinge angegriffen
Für die Experimente setzten die Forschenden Ameisen von sechs verschiedenen Arten einer Ozonkonzentration von 100 ppb (parts per billion) aus, einer Belastung, wie sie im Sommer häufig in belasteten Regionen gemessen wird. Nach 20-minütiger Ozonexposition wurden die Ameisen in ihre Kolonie zurückgebracht. Bei fünf der untersuchten Arten wurden ozonbelastete Ameisen mit Drohungen und Aggressionen empfangen, obwohl sie derselben Kolonie angehörten. „Uns interessierte, ob dies tatsächlich mit einer veränderten Menge an Alkenen auf der Körperoberfläche der Ameisen einhergeht. Dies war schwierig zu messen, da auch bei unbelasteten Ameisen die Menge an Alkenen extrem niedrig ist. Mit thermodesorbierender Gaschromatographie konnten wir jedoch die Menge dieser Verbindungen sogar an einzelnen Ameisen messen,“ erläutert Markus Knaden.
Alkene: ein sehr geringer, aber entscheidender Anteil an Kohlenwasserstoffen auf Ameisen – mit dramatischen Folgen bei Schadstoffbelastung
Die Duftmischung der Kolonie besteht größtenteils aus stabilen Alkanen, die durch Ozon nicht oxidiert werden. Im Vergleich dazu machen Alkene nur einen Bruchteil der Verbindungen in der Duftsignatur von Ameisen aus. „Wir hatten damit gerechnet, dass die Ozonexposition die Erkennung von Nestgenossinnen beeinflusst, da uns bekannt war, dass Ameisen zumindest geringe Mengen leicht abbaubarer Alkene auf ihrer Außenhaut tragen. Die dramatische Verhaltensänderung nach Ozonbelastung hat uns jedoch überrascht. Offenbar sind Alkene trotz ihrer geringen Menge äußerst wichtig für den spezifischen Duft der Kolonie,“ sagt Markus Knaden.
Klonale Räuberameisen vernachlässigen die Brutpflege nach Ozonbelastung
In nur einer untersuchten Art – der klonalen Räuberameise Ooceraea biroi - wurden keine Aggressionen gegenüber Nestgenossinnen nach Ozonbelastung beobachtet. Dies könnte auf die besondere Biologie dieser Art zurückzuführen sein. Alle Individuen vermehren sich klonal, eine Königin gibt es nicht und das Aggressionsniveau zwischen Individuen verschiedener Kolonien ist generell gering.
Da Ozon bei Ooceraea biroi keine Aggressionen zwischen Nestgenossinnen auslöste, bot sich die Möglichkeit in Zusammenarbeit mit der Lise-Meitner-Forschungsgruppe Sozialverhalten unter der Leitung von Yuko Ulrich, andere potenzielle langfristige schädliche Auswirkungen zu untersuchen. Verhaltensbeobachtungen ergaben, dass erwachsene Ameisen in ozonbelasteten Kolonien einen größeren Abstand zu den Larven hielten als in ozonfreier Umgebungsluft. Außerdem starben viele Larven. Da Ozon selbst als direkte Ursache für den Tod der Larven weitgehend ausgeschlossen werden konnte, gehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon aus, dass die Vernachlässigung der Brutpflege und der Tod der Larven auf eine gestörte chemische Kommunikation zwischen den erwachsenen Ameisen und den Larven zurückzuführen sind.
Umweltgifte bedrohen die soziale Struktur vieler Insektenarten
Während das globale Insektensterben vor allem mit dem Einsatz von Pestiziden und dem Verlust von Lebensräumen in Verbindung gebracht wird, werden in dieser Studie Luftschadstoffe als mögliche Verursacher diskutiert. Die Gesamtbiomasse aller schätzungsweise 30.000 verschiedenen Ameisenarten entspricht etwa der Gesamtbiomasse aller Vögel und Säugetiere zusammen. Ameisen erfüllen wichtige Ökosystemleistungen, wie die Verbreitung von Samen und die Bekämpfung von Schädlingen. Auch andere soziale Insekten, wie Bienen, auf deren Bestäubung ein Großteil unserer Nutzpflanzen angewiesen ist, könnten durch erhöhte Schadstoffwerte in ähnlicher Weise beeinträchtigt werden könnte. „Oxidierende Schadstoffe wie Ozon und Stickoxide werden oft wegen ihrer schädlichen Auswirkungen auf den Menschen thematisiert. Wir sollten uns jedoch auch darüber bewusst sein, dass diese vom Menschen verursachten Schadstoffe auch unsere Ökosysteme erheblich schädigen können,“ sagt Bill Hansson, einer der Hauptautoren der Studie.
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie
Originalpublikation:
Jiang, N.-J.; Bhat, B. A.; Briceño Aguilar, E.; Lehmann, A.; Ulrich, Y.; Hansson, B. S.; Knaden, M. (2026). Oxidising pollutants can disrupt nestmate recognition in ants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 123(0), e2520139123. doi: 10.1073/pnas.2520139123, https://doi.org/10.1073/pnas.2520139123
