Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nicht ohne meine Mikroben

19.12.2012
Waldmaikäfer profitieren auch nach Metamorphose von denselben bakteriellen Symbionten, die sie schon als Larve zuvor beherbergt haben.

In Mitteleuropa sind Waldmaikäfer nach dem Feldmaikäfer die zweithäufigste Art dieser Gattung und können besonders in Waldgebieten und auf Heideflächen erhebliche Schäden an Laub- und Nadelbäumen anrichten.


Waldmaikäferlarve (Engerling), die im Boden eine Karotte anfrisst. Während einer drei- bis fünfjährigen Entwicklungszeit ernähren sich Engerlinge unterirdisch von Baumwurzeln.

Erika Arias Cordero/MPI chem. Ökol.


Waldmaikäfer (Melolontha hippocastani)

Erika Arias Cordero/MPI chem. Ökol.

In ihrem Darm beherbergen sie Mikroben, um ihre holzige Nahrung, zum Beispiel Lignozellulose und Xylane, verdauen zu können. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie haben nun durch umfassende RNA-Analysen die Mikrobiota der von Wurzeln lebenden Larven sowie der aus den Larven hervorgegangenen, blattfressenden Käfer bestimmt.

Erstaunlicherweise verbleiben im Darm der Käfer die meisten derjenigen Mikrobenarten, die schon in der Larve vorhanden waren − trotz Verwandlung (Metamorphose) von der Larve zum Käfer. Darunter befinden sich Clostridien sowie weitere, noch unbekannte Bakterienarten. Außerdem zeigte sich, dass die im Darm lebenden Bakterienarten nur zu einem sehr geringen Teil aus der Wurzel- oder Blattnahrung stammen. Es handelt sich demnach bei den Mikrobiota wahrscheinlich um spezifische bakterielle Symbionten, mit denen der Waldmaikäfer schon seit langer Zeit assoziiert ist. (PLoS ONE, 10. Dezember 2012; doi:10.1371/journal.pone.0051557)

Die Metamorphose bestimmter Insektenarten ist bis heute ein faszinierender und immer noch nicht ganz verstandener Vorgang. Aus einer Raupe oder Larve, die sich je nach Art unter- oder oberirdisch von Wurzeln oder Blättern ernährt, wird nach einem Verpuppungs- und Ruhestadium ein Falter oder ein Käfer. Die walzenförmigen Raupenkörper sind im Vergleich zu den meist bunten und filigranen Faltern eher unspektakulär. Hinzukommt, dass Raupen- oder Käferlarvenfraß unsere land- oder forstwirtschaftlichen Erträge jedes Jahr aufs Neue bedrohen. So ist auch der Waldmaikäfer (Melolontha hippocastani) ein wichtiger Schädling unserer Bäume.
Im Puppenstadium wird die Nahrungszufuhr gänzlich eingestellt; es beginnt die fundamentale Verwandlung, sprich: Metamorphose: ein radikaler innerer Umbau, bei dem kein Larvenorgan in seiner ursprünglichen Form erhalten bleibt. Gewebe und Organe werden abgebaut und an deren Stelle die Organe des Käfers wieder aufgebaut. Was aber passiert nach der Metamorphose mit den überlebenswichtigen Mikroben, die die Larven in ihrem Darm haben, um Pflanzennahrung zu verdauen? Sind im Darm des jungen Käfers Bakterien vorhanden und wenn ja: welche?

Dieser Frage hat sich die aus Costa Rica stammende Doktorandin Erika Arias-Cordero gewidmet. Dank moderner empfindlicher Nachweismethoden konnte sie sich einen Gesamtüberblick über die im Darm von Larven und adulten Käfern vorhandenen Bakterienarten verschaffen. In sogenannten „Kultur-unabhängigen“ Untersuchungen wurden über 300 individuelle RNA-Sequenzabschnitte ermittelt, die verschiedenen Taxa bekannter Mikrobenklassen zugeordnet werden konnten. Bestimmt wurden Sequenzen ribosomaler RNA (16S rRNA) bakterieller Natur, die sich spezifisch von der RNA der Insekten (18S rRNA) unterscheiden lässt. „Mit dieser Methode konnten wir ziemlich sicher sein, alle im Darm vorhandenen Mikrobenklassen zu ermitteln. Ein typischer mikrobiologischer Ansatz, bei dem zunächst hätte versucht werden müssen, Bakterien aus dem Darm zu kultivieren, hätte dies nicht garantiert, weil wir die Nährmedien vor allem der unentdeckten Arten noch gar nicht kennen“, so die Wissenschaftlerin.

Insgesamt neun verschiedene Klassen an Bakterien wurden im Darm des Waldmaikäfers gefunden: Beta-Proteobakterien, Delta-Proteobakterien, Gamma-Proteobakterien, Actinobakterien, Bacilli, Clostridien, Erysipelotrichi, Negativicutes und Sphingobakterien. Einige Arten sind dazu in der Lage, Lignocellulose und Xylane, also typische Holzbestandteile, zu verdauen. Interessanterweise tauchten etliche der im Larvendarm bestimmten Bakterienklassen im Darm adulter Käfer, also nach der Metamorphose, wieder auf − obwohl der Larvendarm in der Ruhe- und Puppenphase vollständig leer ist. Außerdem stimmt das Darm-Mikrobiom der Larve nur minimal mit dem Mikrobiom von Erde und Wurzelmaterial überein; mit anderen Worten: Die meisten der in der Larve und im Käfer vorhandenen Mikroben stammen nicht aus der aufgenommenen Nahrung. „Dies bedeutet, dass der Waldmaikäfer per se, also wahrscheinlich schon beim Schlüpfen der Larve aus dem Ei, z.B. über anhaftende Sekrete des Muttertiers, sozusagen eine Grundausstattung von symbiontischen Bakterien mit sich bringt, mit denen sich diese Insektenart im Laufe der Jahrtausende gemeinsam entwickelt hat“, so Wilhelm Boland, Direktor am Institut.

Dieses Resultat bestätigt erneut, dass vermutlich alle höheren Organismen wie Pflanzen, Insekten und Tiere und auch wir Menschen grundsätzlich mit symbiotischen Mikroorganismen ausgestattet sind, ohne die wir nicht leben und überleben können, und die wir als feste Bestandteile unseres Körpers einordnen müssen.

Die Larven- und Käfer- sowie Boden-, Wurzel- und Blattproben wurden in Wäldern bei Mannheim und Iffezheim gesammelt. Am Forschungsprojekt beteiligt waren die Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg, Freiburg, und das Fritz-Lipmann-Institut in Jena. [JWK]

Originalveröffentlichung:
Arias-Cordero E, Ping L, Reichwald K, Delb H, Platzer M, Boland, W. (2012) Comparative evaluation of the gut microbiota associated with the below- and above-ground life stages (larvae and beetles) of the forest cockchafer, Melolontha hippocastani. PLoS ONE 7(12): e51557. DOI:10.1371/journal.pone.0051557
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0051557

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Wilhelm Boland, MPI chemische Ökologie, boland@ice.mpg.de,
+49 (0)3641 57-1200

Bild- und Filmmaterial:
Angela Overmeyer M.A., +49 3641 57-2110, overmeyer@ice.mpg.de
oder per Download via http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Dr. Jan-Wolfhard Kellmann | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Live-Verfolgung in der Zelle: Biologische Fussfessel für Proteine
19.06.2018 | Universität Basel

nachricht Tag it EASI - neue Methode zur genauen Proteinbestimmung
19.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics