Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Viele "Gesichter", gleiche Gene: Neue Erkenntnisse zur Selbstverteidigung von Wasserflöhen

10.12.2013
Wasserflöhe bilden gegen Fressfeinde Abwehrstrukturen aus und können daher, bei gleicher genetischer Ausstattung, unterschiedliche "Gesichter" haben.

Im Fachjournal "BMC Biology" zeichnen Prof. Dr. Christian Laforsch, Universität Bayreuth, und Dipl.-Biol. Quirin Herzog, LMU München, ein differenziertes Bild dieser vielfältigen Formen der Verteidigung, die sie beim Bärtigen Wasserfloh (Daphnia barbata) entdeckt haben. Zugleich entwickeln sie ein neues evolutionsbiologisches Konzept, das diese Vielfalt systematisch beschreibt und erklären hilft.


Drei "Gesichter" des Bärtigen Wasserflohs (Daphnia barbata). Links: unbehelligt von Fressfeinden; Mitte: gewappnet gegen den Urzeitkrebs Triops; Rechts: geschützt vor der Wasserwanze Notonecta.

Bilder: Dipl.-Biol. Quirin Herzog; mit Autorenhinweis zur Veröffentlichung frei.

Flexible Anpassungen an Fressfeinde

Lebewesen können trotz gleicher genetischer Ausstattung ein völlig verschiedenes Aussehen annehmen. Wasserflöhe sind dafür ein besonders eindrucksvolles Beispiel. Es handelt sich dabei, entgegen dem Namen, nicht um "Flöhe", sondern um Süßwasser-Krebstiere, die als Plankton in stehenden Gewässern auf der ganzen Welt zuhause sind. Sobald sie ihre Fressfeinde aufgrund chemischer Botenstoffe identifiziert haben, ändern sie ihr Aussehen. Sie rüsten sich beispielsweise durch Helme, Stacheln oder sogenannte Nackenzähne, um die drohenden Gefahren abzuwehren. Diese flexiblen körperlichen Anpassungen an Fressfeinde, die in der Biologie als "induzierbare Verteidigungen" bezeichnet werden, sind vor allem beim Bärtigen Wasserfloh (Daphnia barbata) sehr vielfältig ausgeprägt.

Diese Vielfalt haben Prof. Dr. Christian Laforsch, der an der Universität Bayreuth den Lehrstuhl für Tierökologie innehat, und sein Doktorand Dipl.-Biol. Quirin Herzog an der LMU München genauer untersucht. Im Fachjournal "BMC Biology" stellen sie jetzt ihre Forschungsergebnisse vor. Wie sie in Experimenten entdeckt haben, bildet der Bärtige Wasserfloh einen langgezogenen Helm und einen langen Schwanzstachel, um sich gegen die auf dem Rücken schwimmende Wasserwanze Notonecta zu schützen; gegen den Urzeitkrebs Triops setzt er sich jedoch mit einem nach hinten gekrümmten Helm und einem krummen Schwanzstachel zur Wehr. Ohne die gefährliche Nähe zu diesen Fressfeinden würden sich derart differenzierte Abwehrinstrumente beim Bärtigen Wasserfloh niemals herausbilden.

"Wir haben es hier mit besonders auffälligen Beispielen für sogenannte phänotypische Plastizität zu tun", erklärt Quirin Herzog. "Nicht nur bei Wasserflöhen, sondern bei praktisch jedem Lebewesen, auch beim Menschen, ist dieses Phänomen vielfach anzutreffen – etwa wenn die Haut unter dem Einfluss des Sonnenlichts braun wird oder wenn der Körper infolge von Impfungen gegen bestimmte Viren immun wird."

Spezifische Abwehrmechanismen: Eine optimale Anpassung an die Umwelt?

Bieten die Abwehrmechanismen, mit denen sich die Wasserflöhe gegen unterschiedliche Fressfeinde wehren, jeweils den wirkungsvollsten Schutz? "Natürliche Selektion bedingt, dass sich Lebewesen optimal an ihre Umwelt anpassen", erklärt Prof. Christian Laforsch. "Man sollte also annehmen, dass, wenn ein Organismus spezifische Abwehrmechanismen besitzt, diese jeweils die beste Verteidigung darstellen. Wir erwarteten daher, dass der krumme Helm, mit dem sich der Bärtige Wasserfloh gegen die Urzeitkrebse verteidigt, ihn besser vor diesen Fressfeinden schützt als der langgestreckte Helm, der gegen die Wasserwanzen gebildet wird."

Umso überraschter waren die Wissenschaftler, als sie diese Hypothese im Labor überprüften. Zwar stellte sich heraus, dass der langgezogene Helm, verglichen mit dem krummen Helm, den Bärtigen Wasserfloh besser gegen die Wasserwanzen schützt. Doch wenn er sich gegen die Urzeitkrebse wehren muss, ist dieser Helm scheinbar ebenso geeignet – nicht schlechter als der nach hinten gekrümmte Helm.

Wie ist dieser Befund damit zu vereinbaren, dass Wasserflöhe optimal an ihre natürliche Umwelt angepasst sind? Ist im Verlauf der Evolution eine Vielfalt von Abwehrmechanismen entstanden, die für einen wirkungsvollen Schutz gegen natürliche Feinde nicht zwingend erforderlich ist? Dies ist eher unwahrscheinlich. Denn eine neue spezifische Verteidigung hätte sich, ohne einen besonderen Vorteil zu haben, nicht durchsetzen können; sie wäre gegebenenfalls durch eine bessere Verteidigung verdrängt worden und könnte neben dieser nicht existieren. Daher sehen die beiden Autoren der Studie zwei Möglichkeiten: Entweder es existiert ein noch verborgener größerer Nutzen der spezifischen Verteidigung gegen die Urzeitkrebse; oder diese Verteidigung besitzt denselben Nutzen wie die Verteidigung gegen die Wasserwanzen, verursacht aber dem Wasserfloh geringere Kosten und ist damit effizienter.

Um derartigen Zusammenhängen auf den Grund zu gehen, haben Prof. Christian Laforsch und Quirin Herzog ein neues Konzept entwickelt, das sie in "BMC Biology" erstmals der Fachwelt vorstellen. Das Konzept unterstützt das Verständnis biologischer Systeme, in denen eine Tierart verschiedenen Arten von Feinden ausgesetzt ist. Es hilft dabei, solche Systeme zu kategorisieren und zu vergleichen – und soll letztlich auch das evolutionsbiologische Rätsel lösen können, weshalb der Bärtige Wasserfloh bei gleicher genetischer Ausstattung so viele verschiedene Gesichter hat.

Hintergrund:

Wasserflöhe sind heute für die wissenschaftliche Forschung vor allem aus zwei Gründen interessant: Zum einen pflanzen sie sich hauptsächlich durch "Jungfernzeugung" fort, also eine natürliche Art des Klonens, bei dem Weibchen sich ohne Männchen fortpflanzen und wieder Weibchen hervorbringen. Zum anderen reagieren sie, wie nicht zuletzt an den "induzierten Verteidigungen" gegen Fressfeinde deutlich wird, höchst sensitiv auf Veränderungen in ihrer Umwelt. Daher werden Wasserflöhe heute als Modellorganismen in der Ökologie, der Evolutionsbiologie, der (Öko-)Toxikologie und sogar in der biomedizinischen Forschung verwendet.

Veröffentlichung:

Quirin Herzog and Christian Laforsch, Modality matters for the expression of inducible defenses: introducing a concept of predator modality, in: BMC Biology 2013, 11:113,

DOI: 10.1186/1741-7007-11-113

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Christian Laforsch
Lehrstuhl für Tierökologie I
Universität Bayreuth
Universitätsstraße 30
95447 Bayreuth
Telefon: +49 (0) 921 / 55-2650
E-Mail: christian.laforsch@uni-bayreuth.de
Dipl.-Biol. Quirin Herzog
LMU München / Department Biology II
Evolutionsökologie
Großhaderner Str. 2
82152 Planegg-Martinsried
Telefon: +49 (0)89 / 2180 74-210
E-Mail: q.herzog@biologie.uni-muenchen.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Entzündung weckt Schläfer
29.03.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Rostocker Forscher wollen Glyphosat „entzaubern“
29.03.2017 | Universität Rostock

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: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten