Bernsteinfossil im Röntgenblick – Teilchenbeschleuniger enträtselt Parasitenlarve

Bauchansicht der Larve eines Fächerflüglers, die in einem nur etwa fünf Millimeter großen baltischen Bernstein eingeschlossen ist. Hans Pohl/FSU

Fächerflügler (Strepsiptera) sind Parasiten, die andere Insekten befallen, zum Beispiel Bienen und Wespen, aber auch Silberfischchen. „Bei den meisten der ca. 600 bekannten Arten bleiben die Weibchen zeitlebens in ihrem Wirt“, sagt Pohl, Biologe an der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

„Nur die Männchen verlassen ihn für den Hochzeitsflug, leben dann aber nur noch einige Stunden.“ Doch es gibt Ausnahmen: Bei Arten, die Silberfischchen befallen, entfernen sich auch die flügellosen Weibchen von ihrem Wirt.

Vor einiger Zeit glückte den Jenaer Forschern eine bemerkenswerte Entdeckung: Sie konnten ein nahezu 100 Millionen Jahre altes Fossil einer Fächerflügler-Larve im ersten Entwicklungsstadium identifizieren, eingeschlossen in einem Bernstein. Mit ihrer Größe von gerade mal 0,2 Millimetern zählen solche Larven zu den kleinsten Mehrzellern überhaupt.

Dann gelang Pohl ein Glücksfund im Internet, als ein Händler über eBay einen baltischen Bernstein mit einem Insekteneinschluss anbot.

„Ich habe sofort gemerkt, dass es sich um ein einzigartiges Fossil handelte“, erzählt der Biologe. Nach hartnäckigem Verhandeln konnte er sich das gute Stück für einen Preis von 1000 Euro sichern. Das 4,4 Millimeter große Tierchen wurde vor schätzungsweise 50 Millionen Jahren vom Baumharz eingeschlossen und versiegelt. Es ist das erste bekannte Larvenfossil eines Fächerflüglers, das sich in einem späteren als dem ersten Larvenstadium befindet.

Das Problem: „Unterm Lichtmikroskop waren wesentliche Details nicht zu erkennen“, sagt Pohl. „Man konnte weder sehen, ob die Larve Fühler hat, noch wie Mundwerkzeuge und Augen beschaffen sind und ob es sich um eine weibliche oder eine männliche Larve handelt.“

Also nahm sein Team das Objekt mit einem hochauflösenden Röntgenverfahren ins Visier – der Mikrotomographie mit Synchrotronstrahlung.

Dazu mussten sie an ein wissenschaftliches Großgerät ziehen – den Speicherring PETRA III am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg. Hier unterhält das Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) eine Außenstelle, die sich für gewöhnlich mit Materialforschung befasst.

„Die Methode ähnelt einem CT-Scanner im Krankenhaus“ sagt HZG-Forscher Dr. Jörg Hammel. „Das ist ein Röntgenapparat, der dreidimensionale Bilder aus dem Körperinneren liefert.“

Doch während in der Klinik herkömmliche Röntgenröhren für die Bildaufnahme genügen, fungiert an der HZG-Außenstelle ein gut zwei Kilometer großer Teilchenbeschleuniger als Lichtquelle. „Die Röntgenstrahlung von PETRA III ist extrem intensiv“, erläutert Hammel. „Dadurch können wir sehr scharfe Bilder selbst von sehr kleinen Proben machen.“

Bei der Bildaufnahme wird die Probe im Strahl rotiert, um sie von allen Seiten ablichten zu können. Jedes Einzelbild sieht aus wie eine normale Röntgenaufnahme. Der Computer setzt die vielen Aufnahmen dann zu einem 3D-Bild zusammen.

Von der Fächerflügler-Larve lieferte die Methode gestochen scharfe Bilder mit einer Auflösung von 1,3 Mikrometern. „Darauf lassen sich alle wichtigen Details sehen“, freut sich Hans Pohl. „Unter anderem konnten wir erkennen, dass sich das Tier vermutlich im dritten Larvenstadium befand und dass es sich sehr wahrscheinlich um eine weibliche Larve von Mengea handelt, einer heute ausgestorbenen Gattung.“ Das Besondere: Dieses Weibchen hatte seinen Wirt verlassen – ein für heutige Arten nur von den Parasiten der Silberfischchen bekanntes Verhalten. Und: „Manche Indizien deuten darauf hin, dass der Wirt womöglich eine Schabe war“, vermutet Pohl. „Um Gewissheit zu erhalten, müssten wir allerdings noch weitere Fossilien aufspüren und analysieren.“

Gut möglich, dass diese Analysen dann wieder am Speicherring erfolgen. „In den letzten Jahren scheint sich die HZG-Außenstelle unter Biologen zu einem Geheimtipp entwickelt zu haben“, sagt Jörg Hammel. „Mittlerweile sind wir offenbar so gut im Analysieren von Bernstein-Fossilien, dass wir immer mehr Anfragen aus der Fachwelt bekommen.“

PD Dr. Hans Pohl
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Zoologie und Evolutionsforschung
Spezielle Zoologie und Entomologie
Erbertstrasse 1
D-07743 Jena
Tel.: ++49 (0)36 41-94 91 56
Fax.: ++49 (0)36 41-94 91 42
hans.pohl@uni-jena.de

Dr. Jörg U. Hammel
Institute of Materials Research
Helmholtz-Zentrum Geesthacht
Outstation at DESY
Building 66
Notkestr. 85
D-22607 Hamburg
Germany

T: +49 (0) 40 8998 5303

Hans Pohl, Jörg U. Hammel, Adrian Richter, Rolf G. Beutel: „The first fossil free-living late instar larva of Strepsiptera (Insecta)“, in Arthropod Systematics & Phylogeny, 2019, DOI: 10.26049/ASP77-1-2019-06

http://www.hzg.de
http://www.uni-jena.de

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Dr. Torsten Fischer Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Zentrum für Material- und Küstenforschung

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