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‚Insekten aus dem All‘ sind mit Käfern (und nicht mit Fliegen) verwandt

19.06.2012
Nahezu 200 Jahre altes Rätsel in der Evolutions- und Biodiversitätsforschung dank DNA-Analysen endlich gelöst.

Jahrhundertelang waren sich Forscher nicht einig, ob parasitische Fächerflügler eng mit Käfern oder eng mit Fliegen verwandt sind – oder ob sie außerhalb dieser Gruppen stehen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Dr. Bernhard Misof und Dr. Oliver Niehuis vom Zentrum für molekulare Biodiversitätsforschung (zmb) im Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig (ZFMK), Bonn, sowie der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Erich Bornberg-Bauer vom Institut für Evolution und Biodiversität der Westfälischen Friedrichs-Wilhelms-Universität Münster konnten nun endlich in der Zeitschrift current biology belegen, dass es sich bei diesen Insekten um eine Schwestergruppe der Käfer handelt, indem die Wissenschaftler erstmals das gesamte Erbgut – das Genom – einer neu entdeckten und 2012 in der ebenfalls renommierten Zeitschrift ZooKeys beschriebenen Fächerflüglerart analysiert haben.


Männchen des Fächerflüglers Xenos vesparum: der erste wissenschaftlich beschriebene Vertreter der Fächerflügler und Auslöser einer mehr als 200 Jahre lang währenden wissenschaftlichen Diskussion um den evolutionären Urspund dieser eigentümlichen Insektengruppe. Copyright: Dr. Hans Pohl, Friedrich-Schiller-Universität Jena

Erstmals wurde damit gleichzeitig die taxonomische Beschreibung mit dem Ergebnis der Sequenzierung des gesamten Genoms eines neu entdeckten Fächerflüglers veröffentlicht. „Diese Beschreibung markiert einen Meilenstein in der Evolutions- und Biodiversitätsforschung“ erläutert Misof . „Das internationale Team von Wissenschaftlern kombinierte traditionelle Ansätze mit modernen molekularbiologischen Methoden, um erstmalig eine in der gesamten Geschichte der Wissenschaft möglichst vollständige Beschreibung einer neu entdeckten Art zu präsentieren, die neben den morphologischen Merkmalen auch eine Analyse des Genoms beinhaltete“ ergänzt Dr. Niehuis, Leiter der Sektion Genomik des Molekularlabors im zmb. Diese Vorgehensweise erlaubt endlich, die daraus resultierenden Daten im Stammbaum der Lebewesen zu klären. Die Analysen der Genom-Sequenzen lösten damit ein 200-jähriges Rätsel und zeigen, dass die Fächerflügler die nächsten Verwandten der megadiversen Käfer sind.

Die Insektengruppe der Fächerflügler umfasst über 500 Arten und ist schon seit fast 200 Jahren bekannt, konnte aber bis heute nicht eindeutig einer übergeordneten Gruppe von Insekten zugeordnet werden.

Das Forscherteam hat durch einen Vergleich des Fächerflügler-Genoms mit elf bereits bekannten Insekten-Genomen und dem neu analysierten Erbgut eines Käfers gezeigt, dass es sich bei den Fächerflüglern um eine Schwestergruppe der Käfer handelt – beide Gruppen hatten einen gemeinsamen Vorfahren. Damit ist auch klar, dass es sich bei den Fächerflüglern nicht um ein Verbindungsglied zwischen hemi- und holometabolen Insekten handelt. Vielmehr sind die Merkmale der Fächerflügler und der holometabolen Insekten unabhängig voneinander entstanden - die Stepsiptera haben ein Entwicklungsprogramm reaktiviert, das auch bei den hemimetabolen Insekten zum Tragen kommt. Das holometabole Entwicklungsschema ist also nicht unbedingt so starr wie bislang angenommen, so die Forscher.

„Damit ist eines der letzten Rätsel des Stammbaums der Insekten – der größten und vielfältigsten Gruppe von Tieren – gelöst“, betont Misof und Bornberg-Bauer erklärt weiter: „Insektenforscher sind einiges gewohnt, was seltsames Aussehen und Verhalten ihrer Forschungsobjekte betrifft. Fächerflügler haben jedoch besonders ungewöhnliche Eigenschaften. Manche Wissenschaftler haben die Fächerflügler sogar scherzhaft als ‚Insekten aus dem All‘ bezeichnet, weil man sie aufgrund ihrer Merkmale keiner Position im Stammbaum zuordnen konnte“. Die Fächerflügler – fachsprachlich Strepsiptera genannt – sind meist nur wenige Millimeter groß. Während die erwachsenen Männchen Flügel besitzen, sind die Weibchen flügellos.

Die Insekten verbringen mindestens einen Teil ihres Lebens als Parasiten im Körper anderer Insekten, beispielsweise in Wespen oder Silberfischchen. Die Weibchen der meisten Fächerflügler-Arten verbringen sogar ihr gesamtes Leben im Körper ihres Wirtes. Die Männchen leben als erwachsene Tiere nur wenige Stunden, in denen sie sich ausschließlich der Suche nach einem Weibchen und der Paarung widmen.

Die Strepsiptera durchlaufen von der Larve zum erwachsenen Insekt eine schrittweise Entwicklung. Nach mehreren Larvenstadien verpuppen sie sich. Aus der Puppe schlüpft das erwachsene Insekt. Diese sogenannte holometabole Entwicklung tritt beispielsweise auch bei Schmetterlingen, Käfern oder Fliegen auf. Fächerflügler weisen jedoch zusätzlich einige Merkmale eines anderen Entwicklungstyps auf – der hemimetabolen Entwicklung, bei der es kein Puppenstadium gibt. Manche Forscher haben daher angenommen, Fächerflügler seien ein Verbindungsglied zwischen den beiden sich unterschiedlich entwickelnden Insektengruppen.

Quellen:
Niehuis et al., Genomic and Morpholpgical Evidence Converge to Resolve the Enigma of Strepsiptera, Current Biology (2012), doi:10.1016/j.cub.2012.05.018

Pohl et al., A new species of Mengenilla (Insecta, Strepsiptera) from Tunisia, ZooKeys 198: 79–101 (2012) doi: 10.3897/zookeys.198.2334


Das Zoologische Forschungsmuseum Alexander Koenig (ZFMK) ist eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung des Ministeriums für Innovation, Forschung und Technologie des Landes Nordrhein-Westfalen. Als Leibniz-Institut für die Biodiversität der Tiere hat es einen Forschungsanteil von mehr als 75 %. Das ZFMK betreibt sammlungsbasierte Biodiversitätsforschung zur Systematik und Phylogenie, Biogeographie und Taxonomie der terrestrischen Fauna. Innovative Methoden- und Arbeitsansätze der molekularen Biodiversitätsforschung dienen auch Studien zur Nachhaltigkeit. Das ZFMK hat 89 fest angestellte Mitarbeiter, davon 37 Wissenschaftler. Studenten der Biologie werden in Kooperation mit der Universität Bonn ausgebildet. Die Ausstellung „Unser blauer Planet“ trägt zum Verständnis von Biodiversität unter globalen Aspekten bei.

Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören zurzeit 86 Forschungsinstitute und wissenschaftliche Infrastruktureinrichtungen für die Forschung sowie drei assoziierte Mitglieder. Die Ausrichtung der Leibniz-Institute reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Sozial- und Raumwissenschaften bis hin zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute arbeiten strategisch und themenorientiert an Fragestellungen von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung Bund und Länder fördern die Institute der Leibniz-Gemeinschaft daher gemeinsam.

Sabine Heine | idw
Weitere Informationen:
http://www.leibniz-gemeinschaft.de
http://www.pensoft.net/J_FILES/1/articles/2334/2334-G-3-layout.pdf

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