Determinanten der Lebenserwartung und Stressresistenzbei der ponerinen Ameisenart Harpegnathos saltator(Jerdon 1851)

Schneider, Sebastian

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Zusammenhängen der Resistenz gegen Stressoren und dem Fortschreiten des biologischen Alterungsprozess. Obwohl der Alterungsprozess einen zentralen Themenkomplex im Leben eines jeden mehrzelligen Organismus, darunter nicht zuletzt auch der Mensch, darstellt, sind seine Ursachen bis heute nicht eingehend verstanden, was die schiere Anzahl wissenschaftlicher Theorien zu diesem Thema, es sind über 300, verdeutlicht. Ein wichtiger Aspekt der Mechanismen die dem Alterungsprozess zugrunde liegen scheinen jedoch verschiedenste stressauslösende Faktoren zu sein. Eine herausragende Position unter diesen Stressoren nehmen Pathogene und der durch endogene und exogene reaktive Sauerstoffspezies hervorgerufene oxidative Stress dar. In den letzten Jahren wurde in vielen Studien belegt, dass ein Zusammenhang zwischen der Resistenz gegenüber diesen beiden Stressoren und der Lebenserwartung eines Organismus besteht. Bei etablierten, genetischen Manipulationen zugänglichen Modellorganismen, können Muatnten geschaffen werden, die sich durch eine im Vergleich zu den Wildtypen erhöhte Lebenserwartung auszeichnen. Viele dieser Mutantent weisen zusätzlich zu ihrer gesteigerten Lebenserwartung auch gesteigerte Resistenzen gegen eine Vielzahl von Stressoren auf. Ihnen allen ist jedoch gemein, dass sie kurzlebige Spezies sind und selbst die gesteigerte Lebenserwartung nicht besonders hoch ist. Einen weiteren Nachteil stellt die Tatsache dar, dass die Veränderungen artifiziell hervorgerufen wurden und sich unter Umständen unter natürlichen Bedingungen nicht notwendiger weise als robust erweisen. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit versucht, einen neuen Organismus für die Altersforschung zu erschliessen. Die Ameisenart Harpegnathos saltator verfügt über die Eigenschaft, unter natürlichen Bedingungen ihre Lebensspanne um mehr als 100% gegenüber dem Normalwert steigern zu können. Diese Eigenschaft wurde genutzt um den Zusammenhang zwischen gesteigerten Resistenzen und einer gesteigerten Lebenserwartung in einem natürlichen System zu überprüfen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die langlebigen Individuen gegnüber der Gruppe der kurzlebigen Individuen, aus der sie hervor gegangen waren, eine stark erhöhte Resistenz gegenüber oxidativem Stress und Pathogenen zeigte. Durch Messungen der Aktivitäten des antioxidativen Abwehrsystems konnte zusätzlich nachgewiesen werden, dass die Resistenz gegen oxidativen Stress nicht auf gleichem Weg vermittelt wird, wie bei den Modellorganismen: Die Aktivitäten der Catalase und der Superoxid-Dismutasen waren bei langlebigen Harpegnathos saltator im Gegensatz zu vielen Mutantenlinien nicht erhöht. Desweitern konnte nachgewisen werden, dass dasImmunsystem und die antioxidative Abwehr auch von psychischem Stress beeiflusst wird. Dieser Einfluss ist jedoch hoch spezifisch und nicht per se negativ. Abschliessend kann gesagt werden, dass die vorliegende Arbeit eindeutig zeigt, dass Erkenntnisse zum Alterungsprozess, die an kurzlebigen Modellorganismen gewonnen werden, nicht immer ohne Abstriche auf langlebige natürliche Systeme zu übertragen sind.

This work deals with the relation between the resistance towards stressors and the progression of senescence. Even though the process of biological aging is a central aspect in the life of all multicelluar organisms, among them man, are its cause to this day not well understood, which is highlighted by the sheer number, more than 300 exist, of scientific theories. One important aspect of the mechanisms of aging seem to be various stress-inducing factors. In the spotlight of attention are, among others, pathogens and especially reactive oxygen species, which cause oxidative stress. In recent years, many studies proofed a relationship between the resistance towards these stressors and the life expectancy of an organism. In genetically easily to manipulate model organisms, mutants were created, which possess a higher life expectancy compared to the wild type. Many of these mutants also feature an improved resistance towards various stressors. What comes to the disadvantage of these models is the fact, that even this increased life expectancy is rather short. Another disadvantage is the fact that these artificial changes might not stand up to natural conditions. Therefore this work tries to establish a new model for the research on the aging process: The ant Harpegnathos saltator is able to improve ist life expectancy by more than 100% under natural conditions. Using this organism, the relationship of higher stress resistance and increased life expectancy was tested under natural conditions. It has been shown that the individuals with a high life expectancy have a highly increased resistance against the stress caused by pathogens and reactive oxygen species compared to the group of individuals with a low life expectancy from which they originated. By measuring the activities of the antioxidative defense system, it was shown that the increase in resistance to oxidative stress is not mediated via the same mechanisms as in manipulated model organisms: The activities of the Superoxide-dismutases and the Catalase are not elevated in long-living ants as they are in long-living mutants of model organisms. Furthermore it was shown that social stress indeed influences the resistance to pathogens and oxidative stress. But this influence is highly specific and necessarily negative. To conclude, it can be stated that the knowledge that about the process of aging that was accquainted through reearch on short-living species might not fully apply on long-living species.

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Schneider, Sebastian: Determinanten der Lebenserwartung und Stressresistenzbei der ponerinen Ameisenart Harpegnathos saltator(Jerdon 1851). 2009.

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