Intelligenzevolution bei den Papierwespen in den letzten 8000 Jahren

"23andme" ist bei den Papierwespen angekommen

Kurzgefaßt: Eine eusoziale nordamerikanische Papierwespen-Art besitzt die seltene Fähigkeit zur individuellen Gesichtererkennung. Diese wurde notwendig zur Vermeidung von sich ständig wiederholenden Rangkämpfen unter ihren streitbaren Königinnen. Diese mußten aber zusammen bleiben, da größere Kolonien mehr Überlebenschancen haben. Die entscheidenden Fragen lauten jetzt: Warum geschah das nur bei dieser Art und vor allem: warum erst in den letzten 8000 Jahren

Individuelle Gesichter von Artgenossen unterscheiden, das kann die eusozial lebende mittel- und nordamerikanische Papierwespen-Art Polistes fuscatus (Wiki) (1). Sie lebt - wie andere Papierwespen (Abb. 1) - in Schwärmen von bis zu 200 Artgenossen mit mehrere Königinnen und sterilen Arbeiterinnen. Seit 2011 ist dieses Forschungsergebnis bekannt (Abb. 2). Selbst nah verwandte Arten beherrschen diese Gesichtererkennung nicht. Diese Fähigkeit beherrschen - nach derzeitigem Kenntnisstand - überhaupt nur eine Handvoll Arten im Insektenreich.

Abb. 1: Typisches Nest einer Papierwespe - Hier Polistes exclamans. Letztere hat ein ähnliches Verbreitungsgebiet in Mittel- und Nordamerika inne wie ihre Schwesterart Polistes fuscatus, von der sonst in diesem Artikel die Rede ist; Fotograf: Davefoc (Wiki)

Dieses Forschungsergebnis ist 2011 von dem jungen, aufstrebenden Wissenschaftler Michael J. Sheehan (Cornell, Sheehan-Lab, Google Scholar), sowie Mitarbeitern im Wissenschaftsmagazin "Science" veröffentlicht worden. Mit anderen Forscherleistungen wird es nicht wenig dazu beigetragen haben, daß Sheehan heute eine Assistenz-Professur an einer der fünfzehn besten Universitäten der Welt innehat, nämlich an der Cornell-Universität (Wiki) im Nordosten der USA im US-Bundesstaat New York.

Über dieses Forschungsergebnis war 2011 breit im Wissenschaftsteil fast aller großen deutschen Tageszeitungen und Wochenmagazine berichtet worden (2, 3). (Da das leicht gegegoogelt werden kann, wird an dieser Stelle zum Einlesen nur beispielhaft auf die beiden eben angeführten Artikel verwiesen.)

Diese Intelligenzevolution begann 6.000 v. Ztr.

Anfang 2020 wird von Seiten desselben Forschers bekannt (4):

Die Evolution dieser Fähigkeit zur individuellen Gesichtererkennung begann bei dieser Tiererst erst um 6.000 v. Ztr.. Um 2000 v. Ztr. bis etwa 0 nahm sie Fahrt auf. Und vor 500 Jahren ist sie bei dem heutigen Stand angelangt (Abb. 3).

Sagen wir: Ein - unerwartetes - Forschungsergebnis (4). Es ist so unerwartet, daß sich Wissenschaftsmagazine wie "Science" oder "Nature" offenbar nicht dazu durchringen konnten, es zu veröffentlichen. Deshalb kann die deutsche Wissenschaftspresse auch gut Gelegenheit nehmen, es gar nicht erst zu behandeln Immerhin ist es im angesehenen Wissenschaftsmagazin PNAS veröffentlicht worden. Und es wird gelegentlich in der englischsprachigen Wissenschaftspresse auf dieses hingewiesen (5). Aber wie verrückt: Wenn dieses Ergebnis Bestand hat, dann sind diese Papierwespen die erste Tierart, für die ein solcher evolutiver Vorgang genetisch und zeitlich - und auch regional/lokal/geographisch/artspezifisch - so eng eingegrenzt werden kann.

Abb. 2: Die Gesichter verschiedener nordamerikanischer Papierwespen lassen sich auch für Menschen gut unterscheiden. Quelle: Michael J. Sheehan, 2011, damals Universität von Michigan

In der Arbeit wird auch auf parallele Forschungen zur Evolution vergleichsweise hoher Intelligenz bei Delphinen, Elefanten, Papageien und Menschen hingewiesen. Nirgendwo aber konnte deren Evolution höherer Intelligenz bislang so genau im Genom und zeitlich wie geographisch so eng eingeordnet werden.

Aber berücksichtigt werden kann in diesem Zusammenhang gerne (ohne daß die Autoren der Studie expliziter darauf hinweisen müssen), daß nach heutigem Kenntnisstand die meisten Daten darauf hinweisen, daß einigermaßen in demselben Zeitraum über "jüngste" und "lokale" Intelligenzevolution auch jene Intelligenz und Intelligenzunterschiede evoluiert sind, die bei den heutigen Europäern und Ostasiaten auf der Nordhalbkugel - oder auch bei den Bantuvölkern südlich der Sahara - in Auseinandersetzung mit der jeweils lokal vorliegenden gesellschaftlicher Komplexität evoluiert sind. Diese Unterschiede werden in näherer Zukunft auch über Consumer genetics-Firmen wie 23andme oder MyHeritage oder Genomelink wahrnehmbar werden. Und das dürfte Shehaan im Kopf haben als er in einer gesprächsweisen Äußerung Bezug nimmt auf "23andme" (siehe unten).

Die vorliegenden Mechanismen auf genetischer Ebene sind für die genannten Arten und den Menschen bislang jedoch keineswegs so gut aufgeklärt wie das nun vermutlich für die mittel- und nordamerikanische Papierwespe Polistes fuscatus gesagt werden kann. Während die menschliche Intelligenz und die menschlichen Intelligenzunterschiede - wie wir seit wenigen Jahren wissen - stark polygenetisch im Genom verschaltet sind, zeigt diese Studie auf (4), daß die höhere Intelligenz bei Polistes fuscatus eher oligogenetisch verschaltet ist, also in einer eher überschaubaren Zahl von Genomstellen, nicht in tausenden oder zehntausenden "Small-Effect-SNP's" wie beim Menschen. 

Also noch einmal: Diese Papierwespen-Art Polistes fuscatus wäre die erste Tierart, für die ein solcher Vorgang "jüngster Intelligenzevolution" genetisch, zeitlich und lokal so eng eingegrenzt werden kann (Abb. 3).

Abb. 3: "Schätzungen des Alters einiger Gesichtererkennungs-Loci im Genom von P. fuscatus weisen auf mehrere Schübe in der jüngsten Selektion hin" (aus: 4)

Für die Papierwespen hätte die Forschung Teile eines solchen evolutiven Mechanismus also schneller herausgekriegt als sogar für uns Menschen und auch als für Delfine, Elefanten oder Papageien. Verantwortlich sind für die Intelligenzevolution der Polistes fuscatus vor allem Veränderungen der Steuerungssequenzen im nicht-kodierenden Genom, nicht Veränderungen im kodierenden Genom (4)*).

Pro Schwarm gibt es bei diesen Papierwespen meistens nicht nur eine, sondern mehrere Königinnen. Diese bilden eine Hierarchie untereinander, die darauf beruht, daß sie sich gegenseitig individuell erkennen können. Warum das ausgerechnet bei ihnen evoluiert ist und nur bei wenigen oder gar keinen anderen staatenbildenden Insekten und auch erst in den diesen wenigen letzten Jahrtausenden, wird sehr spannend werden zu erfahren.

Auch schließt sich eine Fülle von weiteren Fragen an dieses Ergebnis an. Zum Beispiel: "Dunbar's number" (Wiki) - gilt sie in irgendeiner Weise auch für Papierwespen, bzw. soziale Insekten? Also ist Intelligenzevolution gebunden an die Größe der sozialen Gruppe, innerhalb der sie geschieht, wie das Robin Dunbar für die Primaten aufgezeigt hat? Gilt auch für soziale Insekten die "Socail-Brain-Theorie"?  Das ist eine seit vielen Jahren offene und intensiv erforschte Frage.

Abb. 4: Subsistenz-Grundlage 1.000 v. Ztr.: gelb: Jäger-Sammler-Völker, grün: einfache bäuerliche Gesellschaften, braun: komplexe, arbeitsteilige Gesellschaften (Wiki)

Eine weitere Frage ist, ob hier womöglich Koevolution mit dem Menschen in irgendeiner Weise stattgefunden hat. Polistes fuscatus lebt natürlicherweise in Wäldern und braucht Holz als Lebensgrundlage. Papierwespen leben allerdings auch gerne in der Nähe des Menschen, beispielsweise auch gerne in der Nähe schwacher Lichtquellen. Das Verbreitungsgebiet von Polistes fruscatus reicht im Süden bis zum heutigen Staat Honduras, also bis südlich der Yucatan-Halbinsel von Mexiko. Dieser Umstand könnte einen auf den Gedanken bringen, ob womöglich irgendein Zusammenhang besteht zwischen dieser Intelligenzevolution bei den Papierwespen und ihrer Nähe zu Menschen, bzw. vielleicht auch zu: vielen Menschen.

Die Entwicklung komplexer menschlicher Gesellschaften begann im Südamerika 8.800 v. Ztr.

Als früheste seßhafte und womöglich auch komplexe menschliche Gesellschaft auf dem amerikanischen Kontinent gilt nach derzeitigem Kenntnisstand eine indianische Kultur in der Moxos-Ebene (Wiki, engl) im heutigen Bolivien (Wiki):

Die Einwohner errichteten landwirtschaftliche Erdwerke: erhobene Felder, Wege, Kanäle und um 4700 bewaldete Hügel in einem Gebiet von 50.000 Quadratkilometern. Diese Erdarbeiten wurden ausgeführt zwischen 8.850 v. Ztr. bis 1450 n. Ztr.. Der Anbau beinhaltete seit 8.350 v. Ztr. Maniok, seit 8.250 v. Ztr. Kürbis, seit 4.850 v. Ztr. Mais. Viele domestizierte Pflanzen, einschließlich Maniok, Kürbis, Erdnüsse sowie einige Unterarten des Chilli und einige Bohnenarten stehen genetisch wilden Arten nahe, die es in der Moxos-Ebene gibt, was nahelegt, daß sie hier domestiziert worden sind. Die Menschen produzierten dekorierte Keramik, webten Baumwollkleidung und bestatteten an einigen Orten ihre Toten in großen Urnen.
The inhabitants constructed agricultural earthworks: raised fields, causeways, canals, and about 4700 forested mounds over a 50,000 square kilometer area. Construction lasted from about 8850 BCE to about 1450 CE. Cultivation included manioc from about 8350 BCE, squash from about 8250 BCE, and maize from about 4,850 BCE. Several domestic crops, including manioc, squash, peanut, some varieties of chili and some beans, are genetically very close to wild species living in the Llanos de Moxos, suggesting that they were domesticated there. The people made decorated pottery, wove cotton cloth, and in some places buried their dead in large urns.

Als sehr frühe komplexe Gesellschaft gilt auch die Norte-Chico-Kultur (Wiki, engl) in Nordperu. Dort begann die seßhafte Lebensweise um 3.500 v. Ztr.. Ab 3.200 v. Ztr. wurden dort Stufenpyramiden (!) in städtischen Siedlungen errichtet - ähnlich wie im zeitgleichen Mesopotamien. Zugleich aber handelt es sich um eine Kultur, die noch keine Keramik kannte (städtische   Gesellschaften ohne Keramik hat es im Vorderen Orient bis 7.000 v. Ztr. gegeben). Es ist schon eine aufregende Frage, wie eine so prägnante Bauweise wie "Stufenpyramide" gleichzeitig in zwei so weit auseinanderliegenden geographischen Regionen auf der Erde auftritt. Aber das sei hier nur am Rande erwähnt.

Für Mittelamerika gilt vielmehr als früheste seßhafte und zugleich städtische Kultur die Kultur der Olmeken (Wiki, engl). Diese beginnt aber erst um 1.500 v. Ztr.. 

Vermutung: Da größere Kolonien besser überleben, wurde Vermeidung von internen Rangkämpfen durch Gesichtererkennung zu einem Selektionsfaktor

Soweit seien unsere eigenen Überlegungen eingeschoben. Michael Sheehan wird mit den Worten zitiert (5):

"Das wirklich überraschende Ergebnis ist hier, daß der intensivste Selektionsdruck in der jüngsten Geschichte dieser Wespen nichts zu tun hat mit Klima, Nahrungssuche oder mit Parasitenbefall, sondern damit, besser miteinander zurecht zu kommen. Das ist ganz schön grundlegend."
"The really surprising conclusion here is that the most intense selection pressures in the recent history of these wasps has not been dealing with climate, catching food or parasites but getting better at dealing with each other. That's pretty profound."

Damit stellt er seine Studie also klar in die Tradition des Denkens der Social-Brain-Theorie. Sheehan sagt außerdem die schönen Worte (5):

"Das ist so eine Art von 23andMe - aber mit Papierwespen."
"It's kind of like 23andMe, but with paper wasps."

Als selektiven Druck für  diese Intelligenzevolution vermutet Sheehan, daß es bei Papierwespen mehrere Königinnen gibt, die miteinander Rangkämpfe führen (5): 

In Gemeinschaften mit einer einzigen Königin wie in den Honigbienen-Kolonien, sind die Rollen klar. Jedes Individuum kennt seinen Platz. Aber Papierwespen können fünf oder mehr Königinnen in einem Nest haben und Gesichtererkennung kann diesen Königinnen helfen, miteinander zurecht zu kommen. (...) Die Königinnen führen Rangkämpfe miteinander. Indem sie ihre gegenseitigen Gesichter erkennen, können sich die Königinnen daran erinnern, wen sie schon besiegt haben oder durch wen sie besiegt worden sind. Und das vermindert die Aggression im Nest.
In communal groups with a single queen, like honeybee colonies, the roles are clear, and each individual knows its place. But paper wasps may have five or more queens in one nest and facial recognition helps these queens negotiate with one another. (...) In their battle for dominance, queens fight with one another. By recognizing each other’s faces, the queens can keep track of who they’ve already beaten, or been beaten by, which lessens aggression in the nest.

Der Selektionsdruck ist also derjenige, daß größere Schwärme mit bis zu 200 Tieren leichter überleben und sich verteidigen können als kleinere Schwärme. Die individuelle Gesichtererkennung dient dazu, Rangkämpfe in größeren Schwärmen zu reduzieren, damit jede ihren Platz in der Gemeinschaft kennt und diesen konstant einnimmt ohne weitere aufwändige Kämpfe - zum Nutzen aller.

Die streitbaren Papierwespen, wozu ihre Streiterei alles nützlich ist. Hier sind bedeutende weitere Schritte in ein Forschungsfeld hinein getan, das sehr spannend ist und weiterhin spannend bleibt, nämlich in die Evolution von Intelligenz, die konvergent und parallel zur Evolution menschlicher Intelligenz in vielen verschiedenen Tierarten stattfand und stattfindet.

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*) Original (3): "Recent, strong, hard selective sweeps in P. fuscatus contain loci annotated with functions in long-term memory formation, mushroom body development, and visual processing, traits which have recently evolved in association with individual recognition. The homologous pathways are not under selection in closely related wasps that lack individual recognition. Indeed, the prevalence of candidate cognition loci within the strongest selective sweeps suggests that the evolution of cognitive abilities has been among the strongest selection pressures in P. fuscatus’ recent evolutionary history. Detailed analyses of selective sweeps containing candidate cognition loci reveal multiple cases of hard selective sweeps within the last few thousand years on de novo mutations, mainly in noncoding regions. These data provide unprecedented insight into some of the processes by which cognition evolves." 

/ ergänzt um: (6, 7)

11.4.2020 /

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1. Specialized Face Learning Is Associated with Individual Recognition in Paper Wasps  By Michael J. Sheehan, Elizabeth A. Tibbetts  Science, 02 Dec 2011 : 1272-1275 
2. Heuer, Jens Christian (Apotheker): https://ethologiepsychologie.wordpress.com/2012/01/18/gesichtserkennung-bei-papierwespen/
3. https://www.scinexx.de/news/biowissen/wespen-unterscheiden-gesichter/
4. Sara E. Miller, Andrew W. Legan, Michael T. Henshaw, Katherine L. Ostevik, Kieran Samuk, Floria M. K. Uy, Michael J. Sheehan: Evolutionary dynamics of recent selection on cognitive abilities. In: Proceedings of the National Academy of Sciences Feb 2020, 117 (6) 3045-3052; DOI: 10.1073/pnas.1918592117, https://www.pnas.org/content/117/6/3045
5. Krisy Gashler: Paper wasps rapidly evolved ability to identify faces. January 27, 2020, https://news.cornell.edu/stories/2020/01/paper-wasps-rapidly-evolved-ability-identify-faces, gekürzt auch: https://phys.org/news/2020-01-profound-evolution-wasps.html
6. Umberto Lombardo, José Iriarte, Lautaro Hilbert, Javier Ruiz-Pérez, José M. Capriles, Heinz Veit: Early Holocene crop cultivation and landscape modification in Amazonia. In: Nature. 2020, doi:10.1038/s41586-020-2162-7 

Das Altruismus-Gen von Volvox gefunden

Viele Kritiker der Soziobiologie bemängeln, daß die Soziobiologie nur "schöne Geschichten" erzählen würde, und daß der Weg vom ("egoistischen" oder "Altruismus"-) Gen zum Phänotyp (dem Verhalten) viel zu komplex wäre, als daß dieses "Geschichten-Erzählen" als wesentlich mehr denn als "Ideologie" angesehen werden könnte. Nun, ob dieser Einwand schon bisher wirklich treffend war, bleibe an dieser Stelle einmal dahin gestellt. Auf jeden Fall wird ihm durch eine neue Studie in "Molecular Biology and Evolution" aus dem Jahr 2006 (1, im Netz frei zugänglich) eindeutig der Boden entzogen. *)

Titel: "Der evolutionäre Ursprung eines Altruismus-Gens". Und der Aufsatz scheint exakt das zu halten, was sein Titel verspricht. In der Zusammenfassung heißt es:

"So weit es uns bekannt ist, ist dies das erste Beispiel eines spezifisch sozialen, mit Fortpflanzungs-Altruismus gekoppelten Gens, dessen Ursprung zurückgeführt werden kann auf einen einzelligen Vorfahren."

Es wird nämlich ein sehr urtümlicher Organismus untersucht, der schon in den berühmten "Vorträgen über Deszendenztheorie" von August Weismann eine wichtige Rolle spielte als Repräsentant einer wesentlichen Stufe der Evolution. Damit bekam dieser "Modellorganismus" auch in der Philosophie der Biologie des 20. Jahrhunderts eine nicht unbedeutende Rolle. Es handelt sich um einen der ursprünglichsten Mehrzeller, um die Grünalge "Volvox" (Wiki). (Später trat an ihre Seite der Schleimpilz Dictyostelium als Modellorganismus.)

Abb. 1: Mehrere Volvox-Organismen, jeweils mit "Nachkommenschaft" (Fotograf Frank Fox) (Wiki)

Volvox stellt einen der ursprünglichsten Mehrzeller dar, der arbeitsteilig strukturiert ist und damit den zwangsläufigen Alterstod kennt. Arbeisteilig heißt hier: Die Zellen teilen sich auf in Keimbahn (Fortpflanzungszellen) und Soma (sterbliche Körperzellen). Einzeller (z.B. Bakterien, einzellige Algen etc.) gelten in der Regel als "potentiell unsterblich", sie kennen höchstwahrscheinlich den gesetzmäßigen Alterstod nicht, ebensowenig wie die Fortpflanzungszellen aller Vielzeller (also die "Keimbahn"). Der gesetzmäßige, programmäßige Alterstod kommt mit dem Absterben der Zellhülle des Vielzellers Volvox erstmals in die Welt. Diese Zellhülle (das Soma), die die Fortpflanzungszellen (die Keimbahn) schützt, und die eine koordinierte Fortbewegung der "Zellkolonie", des Gesamtorganismus ermöglicht, stirbt nämlich dann, wenn sie platzt und die herangewachsenen Fortpflanzungszellen aus der Zellhülle heraus "ausschwärmen", um zu neuen Volvox-Individuen heranzuwachsen.

Diese Zellen der Zellhülle verhalten sich also außerordentlich altruistisch. Sie verzichten auf Weiterleben, auf Unsterblichkeit zugunsten der Fortpflanzungszellen, die sie schützen und in nahrungsreiche Umwelt befördern, zugunsten also einer arbeitsteiligen Strukturierung eines neu entstehenden, komplexeren Gesamtorganismus. Die Trennung, das heißt Differenzierung zwischen Keimbahn- und Somazellen während des Heranwachsens der Zellkolonie durch Zellteilungen wird schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der "Individual-Entwicklung" der jungen Zellkolonie durch das Entwicklungs-Gen "regA" gesteuert. In der Arbeit heißt es:

„… regA – ein zentrales regulatorisches Gen, das einen Transkriptionsrepressor kodiert (Kirk et al. 1999), der vermutlich mehrere Kerngene unterdrückt, die für Chloroplastenproteine ​​kodieren (Meissner et al. 1999). Folglich werden das Zellwachstum (abhängig von der Photosynthese) und die Zellteilung (abhängig vom Zellwachstum) somatischer Zellen unterdrückt. Da sie sich nicht teilen können, tragen sie nicht direkt zur Nachkommenschaft bei, sondern zum Überleben und zur Fortpflanzung der Kolonie (Kirk 1998, S. 62–64; Solari, Kessler und Michod 2006; Solari et al. 2006) – ähnlich wie sterile Arbeiterinnen in einem sozialen Insektenvolk. Mit anderen Worten: Die somatischen Zellen zeigen altruistisches Verhalten, und regA (dessen Expression für dieses Verhalten notwendig und hinreichend ist; Kirk et al. 1999) ist ein altruistisches Gen.“

"... regA—a master regulatory gene that encodes a transcriptional repressor (Kirk et al. 1999) thought to suppress several nuclear genes coding for chloroplast proteins (Meissner et al. 1999). Consequently, the cell growth (dependent on photosynthesis) and division (dependent on cell growth) of somatic cells are suppressed. Because they cannot divide, they do not participate directly in the offspring but contribute to the survival and reproduction of the colony (Kirk 1998, p 62–4; Solari, Kessler, and Michod 2006; Solari et al. 2006)—in the same way that sterile workers do in a social insect colony. In other words, the somatic cells express an altruistic behavior , and regA (whose expression is necessary and sufficient for this behavior; Kirk et al. 1999) is an altruistic gene."

Also dieses Gen schaltet offenbar die Bildung von Proteinen ab, die zur Photosynthese in den Grünalgen-Zellen notwendig sind. Diese Zellen verzichten dadurch auf eigenes Fortleben als unsterbliche, einzellige, unabhängige, selbstgenügsame Grünalgen-Zellen, um durch die dadurch gewonnene Spezialisierung einem Gesamtorganismus dienlich sein zu können.

„Welche Zellen regA nicht exprimieren und sich zu Keimzellen differenzieren“ (auch Keimzellen) „wird früh während der Embryonalentwicklung durch eine Reihe asymmetrischer Zellteilungen bestimmt.“

"Which cells do not express regA and differentiate into germ cells" (also Keimzellen) "is determined early during embryonic development through a series of asymmetric cell divisions."

In Abbildung 1 ist ein Foto zu sehen mit mehreren Volvox-Kolonien (= einzelnen Volvox-Organismen). Eine Volvox enthält bis zu 16 Chlamydomonas-ähnliche (unsterbliche) Einzeller als Fortpflanzungszellen in seiner (sterblichen) Hülle. Die Hülle besteht aus bis zu 2000 Einzelzellen. Und die Forscher haben nun geschaut, ob schon der evolutionäre Vorgänger-Organismus, die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii (siehe Abb. 2) (ebenfalls ein Modellorganismus) das genannte Gen besitzt.

Abb. 2: Die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii

Sie stellten fest, daß dieses Gen überraschenderweise auch hier schon vorliegt! Aber die Gen-Sequenzen unterscheiden sich sehr stark zu denen von Volvox. Dennoch stellte sich natürlich die Frage:

„Das Vorhandensein von regA-ähnlichen Sequenzen in C. reinhardtii ist zunächst rätselhaft; warum sollte ein einzelliges Individuum seine eigene Fortpflanzung unterdrücken?“

"The presence of regA-like sequences in C. reinhardtii is puzzling at first; why would a unicellular individual suppress its own reproduction?"

Also warum sollte ein einzelliges Individuum (durch dieses Gen) seine eigene Fortpflanzung unterdrücken? Sie stellten dann fest: In der normalen Entwicklung wird dieses Gen bei Chlamydomonas gar nicht abgelesen. Dann machten sie aber den entscheidenden Versuch, indem sie sie bei Dunkelheit leben ließen. Leben diese einzelligen Grünalgen bei Dunkelheit, so stellten sie nun fest, dann wird dieses Gen auch bei ihnen abgelesen, um die Bildung von Chloroplasten zu verhindern. Chloroplasten sind ja jene Zellorganellen, in denen die Photosynthese stattfindet. Sie sind ja bei Dunkelheit nutzlos und überflüssig.

Um es also allgemeiner auszudrücken: Altruismus heißt bei Volvox, auch dann auf Photosynthese zu verzichten, wenn Licht da ist. Das ist ein ganz erstaunliches Ergebnis. Insbesondere vor dem Hintergrund, daß offenbar schon vorhergehende Forschungen es haben klar werden lassen, daß dieses Gen allein ausreichend ist, um die Zelldifferenzierung bei Volvox in Gang zu setzen. Natürlich muß Volvox dann noch zahlreiche andere Gene ablesen, um die koordinierte Bewegung seines Zellverbandes zu steuern.

Aber dennoch: Es scheint, als wäre dies das erste mal, daß ein so grundlegender pflanzen-physiologischer Vorgang wie die Photosynthese mit einem so grundlegenden, verhaltensbiologischen Konzept wie dem des Altruismus in einen so unmittelbaren und engen Zusammenhang gebracht werden kann.

Erstaunlich, daß die allgemeinere Wissenschafts-Berichterstattung es (wieder einmal?) versäumt hat, auf dieses Forschungsergebnis aufmerksam zu machen. Außerdem findet sich am Ende des Aufsatzes der Hinweis auf eine neue Fachrichtung, die sich "Soziogenetik" nennt (Sociogenomics) (Untertitel: "Sozialverhalten aus molekularer Sicht").

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*) Dieser Beitrag ist schon vor zwei Jahren, am 2.7.2007, auf diesem Blog veröffentlicht worden. Er erhält aber aktuelle Relevanz durch den vorigen Beitrag, weshalb er hier noch einmal im Rahmen von "Research Blogging" veröffentlicht werden soll.

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1. Nedelcu, A. (2006). The Evolutionary Origin of an Altruistic Gene Molecular Biology and Evolution, 23 (8), 1460-1464 DOI: 10.1093/molbev/msl016

Joachim Bauer hat recht (II): Wie Altruismus evoluiert

Die neue Wissenschaft der Soziogenetik (Sociogenomics)

Zu den spannendsten Ausführungen in dem neuen Buch "The Superorganism" von Bert Hölldobler und Edward O. Wilson (2009) gehören fraglos Unterkapitel in Kapitel 4, die sich mit der neuen Wissenschaft der "Sociogenomics" beschäftigen. Sie ist entstanden aus der vollständigen Sequenzierung des Genoms der Honigbiene und dem Vergleich dieses Genoms mit den inzwischen vollständig sequenzierten Genomen so vieler anderer Arten im Artenstammbaum, seien es nun solitär oder eusozial lebender Arten. Und es geht nun unter anderem darum, "jene Gene zu identifizieren, die die Arbeitsteilung hervorrufen" (bei sozialen Insekten) (S. 75), die also den hochgradigen Altruismus erzeugen, der gerade (auch) bei ihnen beobachtet werden kann.

Das Suchen nach den Genen, die Arbeitsteilung hervorrufen

Hölldobler und Wilson schreiben (- unter anderem unter Berufung auf eine spannende PNAS-Studie aus dem Jahr 2006 zu Honigbienen) (in eigener Übersetzung):

Ein Prinzip, das aus der genetischen Analyse sozialer Insekten hervorscheint, wenn auch bisher nur schwach, ist, daß viel des Kolonieverhaltens von Genen hervorgerufen wird, die von solitärem Verhalten her konserviert sind und in ihrer Ablesung modifiziert wurden, um einen sozialen Phänotyp hervorzubringen. Mit anderen Worten: es mag nur relativ wenige wirklich neue "soziale Gene" geben.

"Bloß in der Ablesung modifiziert." Diese Sätze machen einmal aufs Neue auf den Paradigmenwechsel aufmerksam, in dem wir derzeit stehen. In jedem Fall erhält durch solche Erkenntnisse das bisherige, in vielen Teilen noch recht "schlichte" Theoriegebäude, Paradigma, das Bild, das die Soziobiologie von der Evolution des Altruismus entwirft, erheblich mehr Farbe, Tiefenschärfe und Detailgenauigkeit.

Die Soziobiologie sieht langsam "alt" aus

Die Vergleiche der Genome von allein und in Kolonien lebenden Arten werden Wesentliches über die Evolution von Altruismus zu Tage bringen, daran kann kein Zweifel bestehen. - Hölldobler und Wilson schreiben weiter:

Dieses Prinzip könnte, wenn es wahr ist, erklären, warum Honigbienen mit etwa einer Millionen Nervenzellen und hochkomplexem Verhalten in ihrer Zahl vergleichbare Gene haben wie die dezidiert solitär lebende Fruchtfliege Drosophila melanogaster, die nur etwa ein Viertel so viele Nervenzellen besitzt und ein viel einfacheres Erwachsenenverhalten aufweist.

Und in der Anmerkung dazu:

Das gleiche Mißverhältnis besteht zwischen Drosophila und dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans; der letztere hat ein vergleichbar komplexes Genom aber nur 302 Nervenzellen.

Ist hier tatsächlich das Bild von einem konservativen sogenannten "egoistischen Gen" das richtige, das als leitendes Prinzip der Evolution genannt werden kann oder muß? Oder muß nicht viel eher, um der Wahrheit wenigstens näher zu kommen, von der "egoistischen SNP" geredet werden, der "egoistischen Steuerungs-Sequenz" eines Gens? Aber verliert damit das Bild vom angeblich "egoistischen Gen" nicht schrittweise jeden Sinngehalt? Oder wäre es nicht noch richtiger, von der "egoistischen Mutation" zu reden?

Jedenfalls: Wie kann ein ganzes Gen für sich genommen etwas so ganz und gar Unterschiedliches wie solitäre und eusoziale Lebensweise hervorbringen? Genau solche Fragen waren es, die auch Joachim Bauer bewegten, als er das "Das kooperative Gen" schrieb.

Die Ebene der Gen-Ablesung

Der abstrakte Begriff "Gen", mit dem die Soziobiologen bisher arbeiteten, bekommt also allmählich wirklich Farbe und Anschaulichkeit, sehr viel Farbe und Anschaulichkeit, sogar: "Zustände", nämlich Ablese-Zustände. Und das muß sicherlich so allerhand Modifizierungen, Präzisierungen im bisherigen Denken der Soziobiologie mit sich bringen.

Die Ausführungen und Beispiele, die Hölldobler und Wilson auf den weiteren Seiten bringen, sind da schon voll der Implikationen. Sie behandeln das "Wanderer-" bzw. "Seßhaften-"Gen der solitär lebenden Fruchtfliegen ("for"), das in gleicher Weise an-, bzw. abgeschalten wird während der Kastenbildung der Honigbienen, nämlich dann, wenn sie vom Nestleben zum Sammler-Leben übergehen. Sie behandeln ein Tag-Nacht-Rhythmus-Gen, das bei der solitär lebenden Drosophila erforscht worden ist, und das ebenfalls nur bei jenen Honigbienen-Kasten angeschalten wird, die außerhalb des Bienenstockes arbeiten und leben. Das Gen selbst haben beide Arten. Sie behandeln jene Gruppe von Genen, die abgeschalten werden müssen - aber bei jeder sozial lebenden Insektenart offenbar genetisch ganz unterschiedlich verschaltet -, wenn die Flügelbildung unterdrückt werden soll. Letzteres ist ja ebenfalls eine wichtige Voraussetzung zur Kastenbildung und damit zu Arbeitsteilung und Altruismus bei sozialen Insekten.

Im Prinzp genauso wie bei Volvox

Wie kann man all diese Gene "soziale Gene" nennen, wo sie doch ganz ebenso für solitäre Lebensweisen gebraucht werden? Und wo ist es nun eigentlich, das Gen - "für" Altruismus? Werden wir hier noch etwas finden, das besser zum traditionellen Denken der Soziobiologie paßt? Schon vor zwei Jahren berichtete "Studium generale" über "das" (angebliche) "Altruismus-Gen" der Grünalge Volvox (Stud. gen.). Und Hölldobler und Wilson hätten gut auf die damals behandelte Studie ebenfalls eingehen und sie unter ihre Beispiele aufnehmen können. Denn da ist exakt das gleiche zu beobachten. Ein Gen, das solitär lebende Zellen (genannt Eudorina) zur Abschaltung der Chlorophyll-Produktion benutzen, reicht aus, um das Kolonieverhalten der Körperzellen von Volvox hervorzurufen.

Altruismus, so könnte man allgemeiner sagen, heißt also einfach, den Ablesezustand von Genen zu ändern, die jeweils auch schon weniger altruistische Organismen, Tiere, Menschen besitzen. - Ablesezustände von Genen lassen sich auch sehr bewußt im Menschenleben ändern - sagen wir: durch Veränderung des hormonellen Zustandes eines Menschen.
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Anmerkung: Dieser Artikel wurde überarbeitet und ergänzt am 31.5.2009.