Posted in: Biologie 4. Mai 2011 19:00 Weiter lesen →

Alte Gene, neuer Buckel

Foto zeigt Scharen von zikadenartigen Insekten mit roten Knopfaugen und grün-gelben dornförmigen Buckeln auf einem Zweig Buckelzikaden verdanken ihren Namen einem großen Auswuchs ihres Brustkorbs. Die Herkunft dieses mitunter bizarr geformten Gebildes glauben französische und amerikanische Biologen erklären zu können. Der Buckel geht demnach auf die Anlage für ein drittes Flügelpaar zurück, die bei allen anderen Insekten stillgelegt, bei den Buckelzikaden jedoch reaktiviert worden ist.

Buckelzikaden der Art Umbonia crassicornis scheinen Pflanzendornen nachzuahmen. Foto: Marshal Hedin via Flickr (Creative Commons Attribution 2.0 Generic)

„Diese Innovation im Bauplan der Insekten stellt eine Situation dar, wie sie in 250 Millionen Jahren Insekten-Evolution einzigartig ist“, schreiben Benjamin Prud’homme vom Institut für Entwicklungsbiologie Marseille-Luminy (IBDML) und seine Kollegen im Magazin „Nature“. Da die Struktur nicht zum Fliegen benötigt werde, habe sie die verschiedensten Formen annehmen können – von einer Kapuze über einen Dorn bis hin zur täuschend echten Nachahmung eines Kothaufens oder einer angriffslustigen Ameise.

Buckelzikaden (Membracidae) sind nahe verwandt mit den besser bekannten Zikaden. Ihr Buckel erwächst ihnen aus dem ersten der drei Brustsegmente. Dieses Segment trägt bei Insekten normalerweise nur das vordere der drei Beinpaare, während die beiden Flügelpaare aus dem mittleren und hinteren Brustsegment entspringen. Prud’homme und Kollegen entdeckten nun allerdings, dass der Buckel nicht nahtlos in den Brustkorb übergeht. Vielmehr ist er über eine dünne und elastische Cuticula und zusätzlich durch Muskelstränge mit der Brust verbunden – wie bei einem Flügelgelenk.

Nähere Untersuchungen erhärteten den Verdacht, dass der Buckel kein schlichter Auswuchs ist. Vielmehr entwickelt er sich aus zwei Gewebsknospen beiderseits des Brustkorbs, die erst später über dem Rücken zu einem einheitlichen Gebilde verschmelzen. Damit nicht genug, ist in den beiden Knospen ein Transkriptionsfaktor aktiv, der normalerweise die Entwicklung der Flügel steuert.

Der Buckel scheint also auf dem uralten Entwicklungsprogramm für die Insektenflügel zu beruhen, folgern Prud’homme und Kollegen. In der Vorderbrust der Fluginsekten – die Ahnen der Buckelzikaden eingeschlossen – wurde dieses Programm vor etwa 250 Millionen Jahren stummgeschaltet. Das für die Hemmung verantwortliche Gen ist auch bei den Buckelzikaden völlig intakt, fanden die Forscher. Die Tiere haben die uralte Hemmung also nicht rückgängig gemacht, sondern vor etwa 40 Millionen Jahren gelernt, sie zu umgehen. Seitdem scheint die Evolution Überstunden einzulegen, um das Potenzial des wiedergewonnenen Körperteils auszuloten.

Forschung: Benjamin Prud’homme und Nicolas Gompel, Institut de Biologie du Développement de Marseille-Luminy, CNRS UMR 6216, Marseille; Héloïse D. Dufour und Victoria A. Kassner, University of Wisconsin und Howard Hughes Medical Institute, Madison; und andere

Veröffentlichung Nature, Vol. 473, 5. Mai 2011, pp 83-6, DOI 10.1038/nature09977

WWW:
Prud’homme & Gompel Lab, IBDML
Carroll Laboratory, University of Wisconsin
The Surreal Treehoppers
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