Die Tropenstation La Gamba

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Die „Tropenstation La Gamba“ in Costa Rica – Wissenschaftlicher Bericht FISCHER, R., 2001: Die Symbiose von Piper spp. und Pheidole bicornis: ein Nährstoffkreislauf zwischen Pflanzen und Ameisen. - Diplomarbeit: Univ. Wien, Formal- und Naturwiss. Fakultät. In der Interaktion zwischen myrmekophytischen Pflanzen und deren bewohnenden Ameisen spielen Nährstoff-Flüsse eine entscheidende Rolle. Ein Nährstoff-Fluss von Pflanzen zu Ameisen ist dann evident, wenn die Pflanze den Ameisen Futter, etwa in Form von extrafloralem Nektar oder Futterkörperchen, zur Verfügung stellt. In den tropischen Regenwäldern Costa Ricas leben vier Arten der Gattung Piper (Piperaceae) mit der Ameise Pheidole bicornis (Fomicidae-Myrmicinae) in einer symbiotischen Gemeinschaft. Die Ameisen leben in Domatien, welche von den Blattstielen und den diese überdeckenden Blattscheiden gebildet werden. Außerdem siedeln sie in Höhlungen des Stammes, die von der wachsenden Kolonie aktiv durch Entfernen des Markgewebes geschaffen werden. In den Blattdomatien produzieren die Pflanzen kleine, einzellige Futterkörperchen (FK), welche die Ameisen ernten. Gegenstand der Diplomarbeit war es, die chemische Zusammensetzung der FK im Hinblick auf die Nahrungsbedürfnisse der Ameisen zu analysieren. Dabei wurden gängige chemische Analysenmethoden adaptiert und zu einem neuen Analysenpfad verknüpft, um alle für die Ameisen relevanten Inhaltsstoffe aus winzigen FK-Mengen ermitteln zu können. Die Analysen zeigten, dass FK zu 41% bis 48% aus Lipiden und zu 17% bis 24% aus Protein bestehen. Lösliche Kohlehydrate und Aminosäuren erwiesen sich als mengenmäßig vernachlässigbar. Die Hauptmenge des Stickstoffs ist als lösliches Protein gespeichert und ist somit für die Ameisen leicht verfügbar. Basierend auf der chemischen Zusammensetzung der FK wurde deren Energiegehalt kalkuliert. Alle Ergebnisse zeigen, dass die FK eine ergetisch hochwertige Nahrungsquelle für die Ameisen darstellen. Deren chemische Zusammensetzung und energetische Eigenschaften sind extrem an die Bedürfnisse der Ameisen angepaßt. Die Abhängigkeit der Ameisen von FK als Nahrungsquelle wurde mittels natürlicher Abundanz der stabilen Isotope von Kohlenstoff ( 13 C) und Stickstoff ( 15 N) ermittelt. Auch die Ergebnisse zeigen, dass die FK von vitaler Wichtigkeit für die Ameisen sind und vor allem für die Brut der Ameisen die wichtigste Nahrungsquelle darstellen. Ein Nachweis für den umgekehrten Stoff-Fluss, nämlich Ameisen, die ihre Pflanzen „füttern“, ist weitaus schwieriger. Um diese Frage zu klären, wurden mit 15 N, dem stabilen Isotop von Stickstoff, Puls- Experimente durchgeführt: Die Ameisen wurden mit 15 N-Glyzin in Saccharoselösung, welches sowohl eine Stickstoff- als auch eine Kohlenstoffquelle für die Ameisen darstellt, gefüttert. Das gebotene Futter wurde von den Arbeiterinnnen aufgenommen und in der Kolonie verteilt (Trophallaxis). Vor allem in den Larven und in der Arbeiterkaste konnten die höchsten Inkorporationsraten nachgewiesen werden, wohingegen die reproduktiven Kasten (geflügelte Männchen und Weibchen, sowie die Königin) nur einen geringen Teil des markierten Stickstoffs erhielten. Des weiteren konnte im Falle von Piper fimbriulatum ein Nährstofftransport von den Ameisen zu den Pflanzen nachgewiesen werden, wobei dieser Transfer von den Ameisen zu den Pflanzen bemerkenswert schnell verläuft. Innerhalb von 6 Tagen wurde bis zu 25% des von den Ameisen aufgenommenen markierten Stickstoffs von der Pflanze absorbiert. Dieser Betrag kann bis zu 18% des pflanzlichen Stickstoffbedarfs ausmachen. Zusammenfassend kann man somit in der Piper-Pheidole Assoziation von einem sehr hochentwickelten Nährstoffkreislauf von den Ameisen zur Pflanze und vice versa sprechen. Anschrift der Autorin: MAG. RENATE FISCHER, Univ. Wien, Inst. f. Ökologie und Naturschutz Althanstraße 3, A-1090 Wien Tel. ++43 4277-54083 Fax ++42 4277-9541 a8907336@unet.univie.ac.at 62
Die „Tropenstation La Gamba“ in Costa Rica – Wissenschaftlicher Bericht FISCHER, R. C., RICHTER, A., WANEK, W., MAYER, V. 2002. Plants feed ants: Food bodies of myrmecophytic Piper and their significance for the interaction with Pheidole bicornis ants. Oecologia (2002) 133: 186-192 Several species of Piper (Piperaceae) live in symbiosis with Pheidole bicornis (Formicidae- Myrmicinae) on the Southern Pacific slope of Costa Rica. These plants produce small singlecelled food bodies (FBs) in leaf-domatia, formed by the petiole bases and roofing leaf sheaths. In the present study the dependency of ants on FBs of Piper fimbriulatum as food source was analyzed by comparing the natural abundance of 13 C and 15 N in ants and FBs. Both δ 13 C and δ 15 N values were very similar between FBs and Pheidole bicornis ants but differed substantially between the plant and other ant species. Therefore we suggest that FBs are a main food source for Pheidole bicornis ants. To strengthen this suggestion, the chemical composition of FBs of four myrmecophytic Piper species was analyzed, with special emphasis on the nutritional requirements of inhabiting Pheidole bicornis ants. Standard chemical methods were modified and combined to a novel analysis scheme by which all major FB constituents could be quantified from minute (3 to 10 mg dry mass) quantities. Piper FBs mainly consisted of lipids (41% to 48% of dry mass) and proteins (17% to 24% of dry mass). Soluble carbohydrates and amino acids proved to be quantitatively unimportant. Nitrogen was predominantly stored as soluble protein and, thus, was easily available for the ants. FBs proved to be a high-energy food source (up to 23 kJ g -1 DM), with a chemical composition that meets well the nutritional needs of the inhabiting ants. Keywords ant-plant mutualism, myrmecophyte, nutrient provisioning, stable isotopes 15 N and 13 C, symbiosis Anschrift der Autoren: Mag. Renate Fischer, a8907336@unet.univie.ac.at Univ. Ass. Mag. Dr. Wolfgang Wanek, wolfgang.wanek@univie.ac.at Univ. Prod. Dr. Andreas Richter, andreas .richter@univie.ac.at Univ. Wien, Inst. f. Ökologie und Naturschutz Althanstraße 3, A-1090 Wien Tel. ++43 4277-54204 Fax ++42 4277-9542 Univ. Ass. Dr. Veronika Mayer, veronika.mayer@univie.ac.at Univ. Wien, Inst. f. Botanik, Rennweg 14, A-1030 Wien Tel. ++43 4277-54083 Fax ++42 4277-9541 63
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