Die Evolution der holometabolen Insekten im Detail analysieren

DFG fördert Projekt der Universität Jena zur Stammesgeschichte der Holometabola

Wie kommt es, dass sich bestimmte Insektengruppen extrem entfalten können? Was hat zu ihrem Erfolg im Lauf der Evolution beigetragen? Diese Fragen beschäftigen den Insektenforscher Prof. Dr. Rolf G. Beutel von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Der Entomologe vom Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie erforscht die Stammesgeschichte (Phylogenie) der Holometabola. Das sind die Insekten, die in ihrer Entwicklung vom Ei über Larve und Puppe bis zum ausgewachsenen Tier (Imago) eine vollständige Metamorphose durchlaufen. Ein Beispiel sind Schmetterlinge (Lepidoptera), die als Raupe nicht nur eine völlig andere Gestalt haben, sondern sich z. B. auch anders ernähren. Beutel erklärt, dass diese Form der Entwicklung bei einer ganzen Reihe von sehr erfolgreichen Insektengruppen verwirklicht ist: „Sie bilden zusammen die holometabolen Insekten und stellen mit ca. 800.000 Arten die mit Abstand artenreichste Tiergruppe dar. Sie umfassen knapp 80 Prozent aller beschriebenen Insektenarten und knapp 70 Prozent des Tierreichs.“ Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) wird jetzt die Arbeit des Jenaer Entomologen unterstützen. Für die nächsten zweieinhalb Jahre sind ihm zwei Doktorandenstellen und Mittel in Höhe von 27.000 Euro bewilligt worden.

In enger Kooperation mit der Universität Göttingen und weiteren internationalen Kooperationspartnern – u. a. in Kopenhagen und Provo/USA – wird Beutels Team umfangreiche Daten erheben und mithilfe modernster Verfahren auswerten: „Wir werden die Insektenmorphologie auf einen ganz neuen, innovativen Stand bringen – u. a. durch den Einsatz von Röntgen-Mikrotomographie.“ Mit diesem Verfahren ist eine Auflösung bis herunter zu einem Mikrometer möglich. Dies ist notwendig, denn viele holometabole Insekten sind klein oder sehr klein. Das geht im Extremfall bis zu 0,2 mm Größe. Die Larven der Fächerflügler gehören zu den kleinsten tierischen Organismen überhaupt. Prof. Beutel erklärt: „Die sind viel kleiner als einzellige Amöben. Dennoch besitzen sie hoch entwickelte Lichtsinnesorgane, ein ausgeprägtes Sprungvermögen und spezialisierte Haftorgane.“

Das Team um Prof. Beutel plant zur Datenerhebung kurzzeitig auch die Röntgen-Technologie der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble zu nutzen: „Das bietet ein neues qualitatives Niveau. Man kann damit sehr hochwertige anatomische Daten produzieren – in einer Art, in der das mit den traditionellen Methoden einfach nicht möglich war.“

Untersucht werden dabei auch Insekten, die zur umfangreichen Sammlung des Phyletischen Museums der Jenaer Universität gehören, wie der gebürtige Stuttgarter Wissenschaftler erläutert: „Wir haben hier über eine halbe Million Exemplare, darunter ganz seltene Objekte. Mithilfe der neuen Technologie sind wir jetzt in der Lage, sie zu untersuchen, ohne sie zu beschädigen.“ Aber nicht nur Material aus der Sammlung, sondern auch aus der näheren Umgebung und der ganzen Welt wird untersucht. „Wir haben das Glück, dass Jena und das Saaletal klimatisch sehr begünstigt sind und wir dadurch Arten haben, die sonst in Mitteleuropa kaum vorkommen. Wir bekommen aber auch Material aus Biodiversitäts-Hotspots wie Madagaskar oder Neukaledonien und aus Australien, Neuseeland oder den USA“, erläutert Beutel.

Die Forscher werden die Jenaer Sammlung bereichern und rechnen damit, auch neue Arten zu entdecken. Institutsmitarbeiter Dr. Hans Pohl ist das bereits mehrfach gelungen, zum Beispiel im letzten Jahr mit dem sensationellen Fund eines „missing link“ in der Stammesgeschichte der Fächerflügler (Strepsiptera) – eines in Bernstein konservierten Insekts.

Zum Abschluss des Projekts in etwa drei Jahren wird es besonders spannend, denn dann werden die Jenaer Daten mit umfangreichen molekularen Datensätzen (DNA-Sequenzen) einer US-Universität in einem rechnerisch aufwändigen Verfahren kombiniert. Beutel ist fest davon überzeugt, dass sich der Aufwand lohnt: „Wir werden dadurch ein außerordentlich solides stammesgeschichtliches Resultat bekommen und ein detailliertes evolutives Szenario für die Holometabola entwickeln können.“

Kontakt:
Prof. Dr. Rolf G. Beutel
Institut für Spezielle Zoologie und Entwicklungsbiologie mit Phyletischem Museum der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Erbertstr. 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949153
E-Mail: rolf.beutel[at]uni-jena.de