Title (eng)
Nature's pharmacy – how Azteca sp. ants keep their colony clean, using the host plant Cecropia sp.
Author
Katharina Krizan
Advisor
Veronika Mayer
Assessor
Veronika Mayer
Abstract (deu)
Der Mutualismus zwischen den Pflanzen der Gattung Cecropia und den Azteca Ameisen ist eine der am weitesten verbreiteten Symbiosen in neotropischen Ökosystemen. Die Pflanzen bieten den Ameisen Nistplätze in ihren hohlen Internodien, sowie glykogenreiche Nahrungskörper, von denen sich die Ameisen ernähren können. Als Gegenleistung für Unterkunft und Nahrung schützen Azteca Ameisen die Pflanze vor Fressfeinden und entfernen andere Pflanzentriebe, die versuchen die Wirtspflanze zu überwuchern.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Azteca Ameisen regelmäßig sogenannte "patches" herstellen, die aus organischer Substanz (Parenchym, toten Nestkameraden und Fäkalien) bestehen. An diesen Stellen kultivieren sie melanisierte, langsam wachsende Pilze von der Gattung der Chaetothyriales (Ascomyzeten). Die Hyphen des Pilzes werden dann an die Larven verfüttert. Diese "patches" finden sich an vielen Stellen des Nestes und nachdem die Larven mit dem Pilz gefüttert werden, auch neben der Brut. Aufgrund der Bedingungen in den Regenwäldern Costa Ricas ist die Kolonie der ständigen Bedrohung durch Pilz- oder Bakterienpathogene ausgesetzt, die vor allem für die Brut eine besondere Bedrohung darstellen.
In der aktuellen Studie untersuchen wir, wie die Brut vor mikrobiellem Befall geschützt wird. Mit Hilfe von antimikrobiellen Tests wurde festgestellt, dass insbesondere die Blätter der Pflanze eine hemmende Wirkung auf das Wachstum von gram-positiven Bakterien, wie beispielsweise Bacillus thuringiensis (Bt.) haben. Es konnte allerdings keine hemmende Wirkung auf gram-negativen Bakterien, wie beispielsweise Serratia marcescens, beobachtet werden. Untersuchungen des Wachstums von Bt. auf LB-Agarplatten in Kombination mit Kartonproben haben gezeigt, dass auch dort eine Hemmung auftritt. Diese Beobachtung steht im Einklang mit der Tatsache, dass Karton aus zerkauten Pflanzenfasern besteht. Diese Masse wird von den Ameisen genutzt, um sogenannte Galerien, innerhalb des Pflanzenstammes, zu bauen. Auf ihnen wird auch die Brut abgelegt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die vorliegende Arbeit, insbesondere im Zeitalter der Antibiotikaresistenz, den Weg für zukünftige Experimente ebnet, um die Rolle der einzelnen Bestandteile der Azteca-Kolonie in Bezug auf die antimikrobielle Aktivität zu untersuchen. Jede mögliche Quelle sollte untersucht werden, die zur Entdeckung neuer Medikamente beitragen kann.
Abstract (eng)
The Cecropia–Azteca association is one of the most ubiquitous ant-plant mutualisms in Neotropical ecosystems. The plants provide ants with nesting space in their hollow stem internodes, as well as glycogen-rich food bodies for the ants to feed on. In return for shelter and food, Azteca ants protect the plant against herbivores and overgrowing vines.
Recent studies have shown that Azteca ants regularly make so-called patches, comprised of organic matter (parenchyma, dead nestmates, and other debris). On these patches also bacterivorous nematodes and melanised, slow-growing fungi of Chaetothyriales (Ascomycetes) are found. The fungus is then fed to the larvae. Such patches are found in all compartments of the nest and as the larvae are fed with it, also next to the brood. Due to the warm and humid conditions in the tropics, the colony is under continuous threat from fungal or bacterial pathogens infesting these patches and hence, the nearby brood.
In the current study it was investigated, how the resident ants minimize microbial attack. Using microplate and agar plate bioassays with two insect pathogenic bacteria and one insect pathogenic fungus, we discovered that especially the leaves of the plant had an inhibitory effect of the growth of gram-positive Bacillus thuringiensis (Bt.) but not on gram-negative Serratia marcescens (Sm.). Observing the growth of Bt. on LB agar plates in combination with ant made carton where ant larvae are usually placed, I could show, that also inhibition of bacterial growth occured. This observation shows that ants use plant materials with antimicrobial activity to prepare the nest area where they store their brood.
In fungus-fungus competition assays against an entomopathogenic Metarhizium sp. (Ascomycota, Hypocreales) I could further show, that pure cultures of ant associated Chaetothyriales could block the fast growing hyphae of M. brunneum.
In conclusion, the present work paves the way for future experiments to unravel the role of the individual components of the Azteca colony with respect to antimicrobial activity. This could potentially also lead to the discovery of new drugs.
Keywords (eng)
Azteca-Cecropia Mutualismantimicrobial compounds
Keywords (deu)
Azteca-Cecropia Mutualismusantimikrobielle Stoffe
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1361873
rdau:P60550 (deu)
38 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
38
Association (deu)
Title (eng)
Nature's pharmacy – how Azteca sp. ants keep their colony clean, using the host plant Cecropia sp.
Author
Katharina Krizan
Abstract (deu)
Der Mutualismus zwischen den Pflanzen der Gattung Cecropia und den Azteca Ameisen ist eine der am weitesten verbreiteten Symbiosen in neotropischen Ökosystemen. Die Pflanzen bieten den Ameisen Nistplätze in ihren hohlen Internodien, sowie glykogenreiche Nahrungskörper, von denen sich die Ameisen ernähren können. Als Gegenleistung für Unterkunft und Nahrung schützen Azteca Ameisen die Pflanze vor Fressfeinden und entfernen andere Pflanzentriebe, die versuchen die Wirtspflanze zu überwuchern.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Azteca Ameisen regelmäßig sogenannte "patches" herstellen, die aus organischer Substanz (Parenchym, toten Nestkameraden und Fäkalien) bestehen. An diesen Stellen kultivieren sie melanisierte, langsam wachsende Pilze von der Gattung der Chaetothyriales (Ascomyzeten). Die Hyphen des Pilzes werden dann an die Larven verfüttert. Diese "patches" finden sich an vielen Stellen des Nestes und nachdem die Larven mit dem Pilz gefüttert werden, auch neben der Brut. Aufgrund der Bedingungen in den Regenwäldern Costa Ricas ist die Kolonie der ständigen Bedrohung durch Pilz- oder Bakterienpathogene ausgesetzt, die vor allem für die Brut eine besondere Bedrohung darstellen.
In der aktuellen Studie untersuchen wir, wie die Brut vor mikrobiellem Befall geschützt wird. Mit Hilfe von antimikrobiellen Tests wurde festgestellt, dass insbesondere die Blätter der Pflanze eine hemmende Wirkung auf das Wachstum von gram-positiven Bakterien, wie beispielsweise Bacillus thuringiensis (Bt.) haben. Es konnte allerdings keine hemmende Wirkung auf gram-negativen Bakterien, wie beispielsweise Serratia marcescens, beobachtet werden. Untersuchungen des Wachstums von Bt. auf LB-Agarplatten in Kombination mit Kartonproben haben gezeigt, dass auch dort eine Hemmung auftritt. Diese Beobachtung steht im Einklang mit der Tatsache, dass Karton aus zerkauten Pflanzenfasern besteht. Diese Masse wird von den Ameisen genutzt, um sogenannte Galerien, innerhalb des Pflanzenstammes, zu bauen. Auf ihnen wird auch die Brut abgelegt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die vorliegende Arbeit, insbesondere im Zeitalter der Antibiotikaresistenz, den Weg für zukünftige Experimente ebnet, um die Rolle der einzelnen Bestandteile der Azteca-Kolonie in Bezug auf die antimikrobielle Aktivität zu untersuchen. Jede mögliche Quelle sollte untersucht werden, die zur Entdeckung neuer Medikamente beitragen kann.
Abstract (eng)
The Cecropia–Azteca association is one of the most ubiquitous ant-plant mutualisms in Neotropical ecosystems. The plants provide ants with nesting space in their hollow stem internodes, as well as glycogen-rich food bodies for the ants to feed on. In return for shelter and food, Azteca ants protect the plant against herbivores and overgrowing vines.
Recent studies have shown that Azteca ants regularly make so-called patches, comprised of organic matter (parenchyma, dead nestmates, and other debris). On these patches also bacterivorous nematodes and melanised, slow-growing fungi of Chaetothyriales (Ascomycetes) are found. The fungus is then fed to the larvae. Such patches are found in all compartments of the nest and as the larvae are fed with it, also next to the brood. Due to the warm and humid conditions in the tropics, the colony is under continuous threat from fungal or bacterial pathogens infesting these patches and hence, the nearby brood.
In the current study it was investigated, how the resident ants minimize microbial attack. Using microplate and agar plate bioassays with two insect pathogenic bacteria and one insect pathogenic fungus, we discovered that especially the leaves of the plant had an inhibitory effect of the growth of gram-positive Bacillus thuringiensis (Bt.) but not on gram-negative Serratia marcescens (Sm.). Observing the growth of Bt. on LB agar plates in combination with ant made carton where ant larvae are usually placed, I could show, that also inhibition of bacterial growth occured. This observation shows that ants use plant materials with antimicrobial activity to prepare the nest area where they store their brood.
In fungus-fungus competition assays against an entomopathogenic Metarhizium sp. (Ascomycota, Hypocreales) I could further show, that pure cultures of ant associated Chaetothyriales could block the fast growing hyphae of M. brunneum.
In conclusion, the present work paves the way for future experiments to unravel the role of the individual components of the Azteca colony with respect to antimicrobial activity. This could potentially also lead to the discovery of new drugs.
Keywords (eng)
Azteca-Cecropia Mutualismantimicrobial compounds
Keywords (deu)
Azteca-Cecropia Mutualismusantimikrobielle Stoffe
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1361874
Number of pages
38
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