Understanding how superorganisms achieve a highly productive and long life compared to solitary species adds a new facet to gerontology. But it is not only the pace of aging, the absolute time of an organism’s lifespan, but also the shape of aging that is interesting in social insects. The shape of aging, i.e., life mortality and fertility trajectories, is determined by how much and how often an ...
Abstract (English)
Understanding how superorganisms achieve a highly productive and long life compared to solitary species adds a new facet to gerontology. But it is not only the pace of aging, the absolute time of an organism’s lifespan, but also the shape of aging that is interesting in social insects. The shape of aging, i.e., life mortality and fertility trajectories, is determined by how much and how often an organism invests in reproduction. In iteroparous organisms, maturity characterizes the peak of fitness, after which selection against senescence becomes weaker, marking the onset of senescence. In contrast, the strength of selection is maintained in semelparous organisms until the only reproduction bout occurs.
In Chapter 3, I show that queens increase the production of sexuals in late life regardless of their absolute lifespan or worker investment. This means that selection strength against senescence needs to be maintained after the peak of sexual production. Young and middle- aged queens, before experiencing their maximum investment into sexuals, experience no classic signs of senescence (Chapter 2). However, old queens that pass the fitness peak exhibited a dramatic breakdown of their entire physiology, even though queens were still fertile. We propose that the evolution of superorganismality is accompanied by “continuusparity”, a life history strategy that is distinct from other iteroparous and semelparous strategies across the tree of life. It combines continuous reproduction and maintenance of selection strength, a fitness peak late in life, and reproductive death.
Quite unexpectedly, I found that workers exhibit a shape and pace of aging that mirrors that of the queens (Chapter 4) while completely lacking reproductive potential. This indicates that programmed aging occurs similarly in both castes. Lastly, how ant queens show high variability in life-history traits is still unclear. Therefore, I investigated the genetic contribution of fertility and longevity traits in the offspring’s quality and could not find evidence of trait heritability (Chapter 5). Taken together, this thesis provides a framework for the study of aging in social insects.
Translation of the abstract (German)
Zu verstehen, wie Superorganismen im Vergleich zu solitären Arten ein sehr produktives und langes Leben erreichen, ist eine neue Facette der Gerontologie. Aber nicht nur das Tempo des Alterns, die absolute Dauer der Lebensspanne eines Organismus, sondern auch die Form des Alterns ist bei sozialen Insekten von Interesse. Die Form des Alterns, d. h. die Sterblichkeits- und Fruchtbarkeitskurve, wird ...
Translation of the abstract (German)
Zu verstehen, wie Superorganismen im Vergleich zu solitären Arten ein sehr produktives und langes Leben erreichen, ist eine neue Facette der Gerontologie. Aber nicht nur das Tempo des Alterns, die absolute Dauer der Lebensspanne eines Organismus, sondern auch die Form des Alterns ist bei sozialen Insekten von Interesse. Die Form des Alterns, d. h. die Sterblichkeits- und Fruchtbarkeitskurve, wird dadurch bestimmt, wie viel und wie oft ein Organismus in die Fortpflanzung investiert. Bei iteroparen Organismen stellt die Reife den Höhepunkt der Fitness dar, nach dem die Selektion gegen Seneszenz schwächer wird, was den Beginn der Seneszenz markiert. Im Gegensatz dazu bleibt die Stärke der Selektion bei semelparen Organismen erhalten, bis der einzige Reproduktionsversuch stattfindet.
In Kapitel 3 zeige ich, dass Königinnen unabhängig von ihrer absoluten Lebensspanne oder den Investitionen in Arbeiterinnen die Produktion von fortpflanzundsfähige Organismen im späten Leben erhöhen. Dies bedeutet, dass die Selektionsstärke gegen Seneszenz auch nach dem Höhepunkt der Sexualproduktion aufrechterhalten werden muss. Junge und mittelalte Königinnen zeigen vor dem Höhepunkt ihrer Sexualproduktion keine klassischen Anzeichen von Seneszenz (Kapitel 2). Bei alten Königinnen, die den Höhepunkt ihrer Fitness überschritten haben, kam es jedoch zu einem dramatischen Zusammenbruch ihrer gesamten Physiologie, obwohl die Königinnen noch fruchtbar waren. Wir schlagen vor, dass die Evolution der Superorganismen von "Kontinuusparität" begleitet wird, einer Lebensstrategie, die sich von anderen iteroparen und semelparen Strategien im Lebensbaum unterscheidet. Sie kombiniert kontinuierliche Fortpflanzung und die Aufrechterhaltung der Selektionsstärke, einen Fitnesshöhepunkt im späten Leben und den Fortpflanzungstod.
Völlig unerwartet habe ich festgestellt, dass die Arbeiterinnen eine Form und ein Tempo des Alterns aufweisen, die denen der Königinnen entsprechen (Kapitel 4), während ihnen das Fortpflanzungspotenzial völlig fehlt. Dies deutet darauf hin, dass die programmierte Alterung in beiden Kasten in ähnlicher Weise abläuft. Schließlich ist immer noch unklar, warum Ameisenköniginnen eine hohe Variabilität bei lebensgeschichtlichen Merkmalen aufweisen. Daher habe ich den genetischen Beitrag von Fruchtbarkeits- und Langlebigkeitsmerkmalen zur Qualität der Nachkommenschaft untersucht und konnte keine Hinweise auf die Heritabilität von Merkmalen finden (Kapitel 5). Insgesamt bietet diese Arbeit einen Rahmen für die Untersuchung des Alterns bei sozialen Insekten.
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