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 Wie Krebszellen Winterschlaf halten
16.07.2018 | Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden

nachricht Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit
16.07.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vertikales Begrünungssystem Biolit Vertical Green<sup>®</sup> auf Landesgartenschau Würzburg

16.07.2018 | Architektur Bauwesen

Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Krebszellen Winterschlaf halten

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics