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Mit Bakterien infizierte Schmetterlinge führen Genetiker aufs Glatteis

07.11.2013
Bei Tierarten, die anhand ihrer äußeren Merkmale nicht unterscheidbar sind, können genetische Verfahren wie das DNA-Barcoding helfen, diese so genannten kryptischen Arten nachzuweisen.

Ein internationales Forscherteam unter Regie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) zeigt in seiner Studie im Open-Access-Journal PLOS ONE, dass eine Bakterieninfektion bei Schmetterlingen das Vorhandensein von kryptischen Arten vortäuschen kann. Um verfälschte Ergebnisse zu vermeiden, empfehlen die Wissenschaftler tiefer gehende genetische Untersuchungen.


Phengaris nausithous (Dunkler Wiesenknopf-Ameisenbläuling): Weibchen bei der Eiablage an einer Blüte des Großen Wiesenknopfs (Sanguisorba officinalis).

Foto: Josef Settele/UFZ


Phengaris nausithous (Dunkler Wiesenknopf-Ameisenbläuling), Pärchen in Kopula, an einer Blüte des Großen Wiesenknopfs (Sanguisorba officinalis).

Foto: Josef Settele/UFZ

Manche Tierarten sehen sich so ähnlich, dass äußere Merkmale keinen Aufschluss darüber geben, ob sie zu einer Art gehören oder nicht. „Die Tiere selbst können dies aber sehr wohl unterscheiden. Denn das ist für den Fortpflanzungserfolg ganz entscheidend“, sagt Sylvia Ritter, Doktorandin am Department Biozönoseforschung des UFZ. Neben äußeren Merkmalen spielen dabei auch Geruch und Verhalten eine wichtige Rolle. Artspezifische Gerüche und Verhaltensweisen sind wissenschaftlich aber nur schwer zu untersuchen.

„Daher kommen bei Tierarten, die mit Standardmethoden nicht mehr zu unterscheiden sind, genetische Verfahren wie das DNA-Barcoding zum Einsatz“, erklärt UFZ-Forscher Dr. Martin Wiemers. Beim DNA-Barcoding werden bestimmte Abschnitte der mitochondrialen DNA (mtDNA) – das ist das Erbgut, das sich nicht im Zellkern, sondern in den Kraftwerken der Zelle (Mitochondrien) befindet – untersucht. Sind dort zwischen zwei potenziell verschiedenen Tierarten Unterschiede von mehr als zwei Prozent vorhanden, wird dies als Hinweis auf so genannte kryptische Arten gewertet.

„Bei zwei Schmetterlingsarten der Gattung der Ameisenbläulinge haben molekulare Untersuchungen jeweils den Verdacht auf das Vorhandensein kryptischer Arten ergeben, da sich bei ihnen große Unterschiede in der mtDNA fanden“, sagt Wiemers. Gemeinsam mit Sylvia Ritter, der Erstautorin der Studie, hat das Team um Martin Wiemers, Walter Durka, Josef Settele und Stefan Michalski Helle Wiesenknopf-Ameisenbläulinge (Phengaris teleius) und Dunkle Wiesenknopf-Ameisenbläulinge (Phengaris nausithous) in ihrem gesamten eurasischen Verbreitungsgebiet untersucht.

Neben den im DNA-Barcoding-Verfahren genutzten Abschnitten der mtDNA haben die Forscher auch DNA aus dem Zellkern miteinander verglichen. Weiterhin wurden die Tiere auf Infektionen mit so genannten Wolbachia-Bakterien untersucht. Denn eine Infektion mit Wolbachia-Bakterien kann dazu führen, dass sich die mtDNA infizierter Tiere von der mtDNA nicht infizierter Ameisenbläulinge stark unterscheidet.

„In der mtDNA haben wir sehr starke Unterschiede gefunden, was ein Hinweis auf kryptische Artbildung sein kann. In der Kern-DNA gab es aber keine entsprechenden Differenzen, was – wenn es sich um verschiedene Arten handeln würde – kaum möglich wäre“, sagt Ritter. „Zwischen den Unterschieden in der mtDNA und Wolbachia-Infektionen konnten wir aber einen signifikanten Zusammenhang feststellen. Das Vorhandensein kryptischer Arten wurde durch die Wolbachia-Infektion also nur vorgetäuscht.“

In einigen Insektengruppen sind bis zu 70 Prozent aller Arten mit Wolbachia-Bakterien infiziert. Doch bisher wird beim DNA-Barcoding nicht standardmäßig auf Wolbachia-Infektionen geprüft. „Das kann dann dazu führen, dass man kryptische Arten findet, die gar nicht existieren. Wir empfehlen daher, bei Insekten zusätzlich immer auch Gene aus dem Zellkern zu untersuchen, damit Untersuchungen zu kryptischen Arten nicht zu verfälschten Ergebnissen führen. Denn auch für den Artenschutz ist es wichtig, Arten voneinander unterscheiden zu können, da sie mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften meist auch andere Ansprüche an ihren Lebensraum haben“, sagt Wiemers.

Die untersuchten Wiesenknopf-Ameisenbläulinge gehören zu den besonders gefährdeten Arten, da sie auf eine spezielle Futterpflanze, den Großen Wiesenknopf (Sanguisorba officinalis), und zugleich auf spezielle Ameisenarten angewiesen sind, von deren Eiern und Larven sich die Schmetterlingsraupen ernähren oder sich – durch Duftstoffe getarnt – wie ein Kuckuckskind von den Ameisen füttern lassen. Selbst kleine Veränderungen in der Landnutzung können dazu führen, dass die notwendige Kombination aus Futterpflanze und Ameisenwirt nicht mehr gegeben ist, und Wiesenknopf-Ameisenbläulinge aus dem Ökosystem verschwinden. Wiemers: „Wenn man eine Art schützen und erhalten will, muss man aber auch wissen, was sie braucht. Voraussetzung dafür ist wiederum zu wissen, um welche Art es sich überhaupt handelt. Nur so lassen sich sinnvolle Maßnahmen für den Artenschutz und Wiederansiedlungsprogramme umsetzen.“ Nicole Silbermann

Publikation:
Sylvia Ritter, Stefan G. Michalski, Josef Settele, Martin Wiemers, Zdenek F. Fric, Marcin Sielezniew, Martina Šašiæ, Yves Rozier, Walter Durka (2013):

Wolbachia infections mimic cryptic speciation in two parasitic butterfly species, Phengaris teleius and P. nausithous (Lepidoptera: Lycaenidae). PLoS ONE . e0078107

http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0078107
http://www.plosone.org/#recent
http://www.plosone.org/search/simple?searchName=&weekly=&monthly=&startPage=0&pageSize=15&filterArticleType

=&filterKeyword=&resultView=&query="Martin+Wiemers"

Weitere Links:

Citizen Science Projekt „Finde den Wiesenknopf“
http://www.ufz.de/wiesenknopf/
Film „Maculinea-bedrohte Schmetterlinge“:
http://www.youtube.com/watch?v=1aiPZew1Zbw
Weitere Informationen:
Dr. Martin Wiemers
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Kontakt wegen einer Tagung im Ausland via
e-mail: martin.wiemers@ufz.de
oder über:
Tilo Arnhold, Susanne Hufe (UFZ-Pressestelle)
Telefon: 0341-235-1635, -1630
http://www.ufz.de/index.php?de=640
Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg mehr als 1.100 Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.

http://www.ufz.de/

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 35.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,8 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894). http://www.helmholtz.de/

Tilo Arnhold | UFZ News
Weitere Informationen:
http://www.ufz.de/index.php?de=32150

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