Neue Studie zeigt, dass die Insektenevolution komplexer verlief als bisher angenommen

University of Cologne scientists found out that the Toll signalling pathway is important not only for innate immune response, but also for axis formation in various insects.
Credit: Roth/Pechmann

Ein Signalweg der Pathogenabwehr gewann mehrfach unabhängig eine zentrale Funktion bei der Achsenbildung in Insekten.

Bestimmte Signalproteine, die bei fast allen Tieren für die Entwicklung einer angeborenen Immunfunktion zuständig sind, werden bei Insektenembryonen zusätzlich für die Ausbildung der Rücken-Bauch-Achse benötigt. Eine neue Studie von Kölner Forscherinnen und Forschern des Instituts für Zoologie legt nahe, dass die Relevanz dieser Signalproteine für die Achsenbildung der Insekten im Laufe der Evolution mehrfach unabhängig voneinander zugenommen hat.

So konnte das Forschungsteam bei der Mittelmeer-Feldgrille ähnliche Entwicklungsmuster feststellen wie bei der Fruchtfliege Drosophila, obwohl beide Insekten nur sehr entfernt miteinander verwandt sind und bisherige Beobachtungen unterschiedliche Evolutionsmuster vermuten ließen. Die neuen Erkenntnisse zeigen, dass die Evolution der Achsenbildung bei Insekten wesentlich komplexer verlief, als bisher vermutet. Die Studie wurde im Fachjournal eLife veröffentlicht.

In der frühen Entwicklung von Embryonen spielen Signalproteine eine wichtige Rolle. Sie werden von Tierzellen ausgeschüttet, um die Bildung anderer Zellen zu beeinflussen. Der sogenannte Toll-Signalweg besitzt primär eine wichtige Funktion bei der Abwehr von Pathogenen (angeborene Immunantwort). Bei Insekten ist er zudem an der Einteilung des Insektenkörpers entlang der Bauch-Rücken-Achse beteiligt.

Da die Immunfunktion bei fast allen Tieren gefunden wurde, die Funktion der Achsenbildung aber lediglich bei Insekten, stellt sich die Frage, wie die neue Rolle für die Achsenbildung im Laufe der Evolution entstand. Je nach Insektenart fällt die Gewichtungen von Toll in der Entwicklung zudem unterschiedlich aus. Während die Achsenbildung der Taufliege und des Mehlkäfers wesentlich von Toll abhängen, sind Vertreter von entfernten Verwandtschaftslinien, wie etwa die Wespe Nasonia und die Seidenpflanzen-Wanze Oncopeltus, stärker auf andere Signalwege angewiesen.

„Wir haben eine zentrale Rolle des Toll-Signalweg nun überraschenderweise bei einer Insektenart gefunden, die sich schon vor etwa 400 Millionen Jahren von den Insektenarten abgetrennt hat, die wir bisher untersucht haben“, so Professor Dr. Siegfried Roth vom Institut für Zoologie der Uni Köln.

„Die neue Arbeit zeigt, dass Toll vermutlich mehrfach unabhängig wichtige Funktion bei der Achsenbildung der Insekten erworben hat. Für zukünftige Studien bedeutet dies, dass unser System es erlaubt, Mechanismen paralleler Evolution zu erforschen “

Inhaltlicher Kontakt:
Prof. Dr. Siegfried Roth
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