Ein vergleichender Ansatz für den Kompromiss zwischen Fruchtbarkeit und Langlebigkeit bei zwei Ursprüngen der Eusozialität bei Bienen

Der Trade-off zwischen Fekundität und Langlebigkeit (hohe Fekundität geht einher mit kürzerer Lebensdauer bzw. geringere Fekundität mit längerer Lebensspanne), ist ein fixer Parameter in der Life-History fast aller Vielzelller. Jedoch scheint dieser Tade-off bei (eu)sozialen Insekten-Arten wie Honigbienen, Blattschneider-ameisen oder Pilz-züchtenden Termiten aufgehoben. Königinnen dieser eusozialen Arten zeigen eine hohe Reproduktionsrate und leben zugleich zwei bis zwanzig mal so lang wie ihre Arbeiter, die steril oder nur sehr gering fruchtbar sind. Mit > 20.000 Arten stellen Bienen eine ideale Gruppe dar, um eine solche Umkehrung / Aufhebung des Trade-offs zu untersuchen, der mit (komplexer) eusozialer Struktur assoziiert zu sein scheint,: Bienen zeigen ein weites Spektrum an sozialem Verhalten, sowohl intra- als auch interspezifisch (solitär lebend, in einfachen bis hoch komplexen sozialen Strukturen oder mit fakultativ sozialer Lebensweise). In einem vergleichenden Ansatz analysieren wir die (differentielle) Expression von Genen (via Transkriptom-Daten) von solitären Bienen mit einfacher und mit hoch komplexer sozialer Lebensweise.
Dabei untersuchen wir zwei phylogenetische Gruppen, die je von ancestral solitären Linien abstammen und in denen sich - unabhängig voneinander – Eusozialität entwickelt hat: Furchenbienen(Artige) (Halictinae) und Körbchchensammler (corbiculaten Bienen). Wir quantifizieren Unterschiede in der Genexpression zwischen jungen und alten weiblichen Individuen, je in Arbeiterinnen und Königinnen. Wir verwenden zeitgemäße bioinformatische Tools zur Identifikation von Genen, die für Fekundität und Lebensspanne verantwortlich bzw. in zugrunde liegenden Mechanismen involviert sind. Next-Generation-Sequencing (NSG) Daten werden ergänzt mit i) quantitativen PCR-Daten von ausgewählten Kanditadengenen, die Fekundität und/oder Langlebigkeit beeinflussen und ii) der Quantifizierung von endokrinen in Hämolymphe vorkommenden Markern. Fakultativ soziale Arten, die wir ebenfalls in unserer Auswahl der zu untersuchenden Arten mit abdecken, nehmen aufgrund ihrer alternierenden Lebensweisen von solitär und in einer sozialen Struktur lebend ggf. eine Sonderstellung ein, und können sich daher als besonders essentiell für unseren vergleichenden Ansatz erweisen.
Unser Ziel ist, mechanistische Details, die der Fekundität / Langlebigkeit zugrunde liegen, zu identifizieren, zu verstehen und zu ergründen, wie und wo innerhalb des sozialen Spektrums, von solitär bis hoch-komplex eusozial, die Umkehrung / Aufhebung des Fekundiät/Langlebigkeit Trade-offs evolvierte und warum. Unsere Studie ergänzt in idealer Weise die anderen Projekte innerhalb der Forschergruppe FOR2281 (insbes. Focus C ‘Transitions’), die besagten Trade-off Fekundität / Langlebigkeit bzw. dessen Aufhebung oder Umformung bei Ameisen (Hymenoptera, Holometabola) und bei Termiten (“soziale Schaben”, Polyneoptera, Hemimetabola) untersucht.

A comparative approach to the fecundity/longevity trade-off across two origins of eusociality in the bees

Advanced eusocial species such as honey bees, leafcutter ants or fungus-growing termites seem to have reversed the fecundity/longevity life-history trade-off that is a basic tenet of solitary multicellular organisms; queens in these eusocial species have high reproductive output yet live for one or two orders of magnitude longer than their more-or-less sterile workers. Bees, comprising over 20,000 species, are an ideal group in which to investigate the reversal of the fecundity/longevity trade-off associated with advanced eusociality because they exhibit a wide range of social behaviours, both within and between species. Using a cross-species, comparative approach, we will analyse gene expression (via transcriptomics) of solitary, primitively eusocial and advanced eusocial bee species from two phylogenetic lineages of bee that have independently evolved eusociality from their solitary ancestors: the sweat bees (Halictinae) and the corbiculate bees (Apinae). We will quantify differences in gene expression between young and old females, including workers and queens, of each species using up-to-date bioinformatic tools so as to identify genes that underpin fecundity and longevity. We will complement these next generation sequencing data with quantitative PCR analyses of target genes thought to be involved in fecundity or longevity, and with quantification of key endocrine markers in haemolymph. Facultative social species may be particularly insightful for this approach, and will be incorporated into our selection of species. Our overall aim is to understand the mechanistic details underpinning fecundity and longevity, how and where they are reversed along the sociality spectrum from solitary to eusocial. These studies will complement well other projects within the Research Unit FOR2281 that address reversal of the fecundity/longevity trade-off in ants and termites across different transitions in insect social complexity.