Forscher enthüllen Auslöser für das Wachstum von Waffen und Körperschmuck im Tierreich

Im Reich der Tiere sind große Waffen wie Elchgeweihe oder Schmuck wie Pfauenfedern attraktiv. Ihre extreme Größe zieht potenzielle Partner an und warnt weniger bedeutende Rivalen.

Jetzt haben Forscher unter der Leitung von Wissenschaftlern der University of Montana und der Washington State University einen Entwicklungsmechanismus entdeckt, von dem sie glauben, dass er für das exzessive Wachstum von bedrohlichen Hörnern oder einladendem Gefieder verantwortlich ist. Die Arbeit wurde am 26. Juli 2012 in der Onlineausgabe des Magazins Science veröffentlicht und enthüllt einen Mechanismus, der sowohl die Größe dieser Merkmale als auch die unglaubliche Vielfalt unter Männchen derselben Spezies erklärt – beispielsweise warum manchen Käfern enorme Hörner wachsen, während ihren Kameraden nur kleine Hornknubbel wachsen.

„Unsere Forschung erklärt, wie diese enormen Merkmale so groß werden können“, sagte Doug Emlen, ein Professor und Evolutionsbiologe an der Division of Biological Sciences der University of Montana. „Man weiß seit 100 Jahren, dass die besten Männchen die größten Strukturen hervorbringen, aber niemand hat wirklich verstanden warum. Unsere Arbeit schaut unter die Haube, um zu erklären, warum so viele sexuell ausgewählte Strukturen derart groß werden.“

Die Forscher entdeckten, dass die Hörner von japanischen Nashornkäfern weit weniger wuchsen, wenn sie den Insulin-Signalweg in den Käfern störten. Japanische Nashornkäfer sind große Insekten, deren Hörner zwei Drittel ihrer Körperlänge ausmachen können. Genauer gesagt war das Hornwachstum achtmal geringer als das Wachstum der Flügel oder des restlichen Körpers. Sie interpretieren dies dahingehend, dass die stark vergrößerten Strukturen (die Hörner) empfindlicher auf die Signale in diesem physiologischen Signalweg reagieren als andere Merkmale.

„Wenn sie eine Menge Futter bekommen, haben sie eine Menge Insulin“, sagte Laura Corley Lavine, eine Entomologin von der Washington State University und zusammen mit Emlen die leitende Wissenschaftlerin der Studie. „Sie reagieren darauf mit der Ausbildung eines wirklich großen Horns. Dann kann das Weibchen mitteilen, dass es sich mit ihnen paaren will, weil die Männchen ihren [guten] Zustand wahrhaftig kundgetan und beworben haben.“

Die Forscher injizierten einen Cocktail aus doppelsträngiger RNA in die Käferlarven, um das erwünschte Insulin-Signalweg-Gen auszuschalten. Innerhalb von 72 Stunden wurde die normale Insulin-Signalübertragung wieder aufgenommen, aber bis dahin war das Hornwachstum verkümmert. Die Genitalien wuchsen trotz der Deaktivierung normal und die Flügel und Körper wurden gering beeinflusst. Die Hörner jedoch erfuhren große Veränderungen.

Laura Lavine spricht über die Ergebnisse der Studie. (Washington State University)

Das Experiment bestätigte die Vermutungen der Forscher über die Funktion des Insulin-Signalübertragungsweges in den Käfern. „Wir sind die ersten, die die Verbindung herstellen, indem wir den Insulin-Signalweg explizit mit der Entwicklung dieser Arten von männlichen Waffen in Zusammenhang setzen“, sagte Lavine. „Die Entdeckung des aktuellen Mechanismus könnte jetzt neue Untersuchungsmöglichkeiten darüber eröffnen, wie sich übersteigerte Merkmale entwickelten, was ihre genetische Basis ist und wie die Entwicklung tierischer Reize aussieht.“

„Es gibt ein hormonelles Signal, das vom Gehirn abgegeben wird und durch das gesamte Tier zirkuliert“, sagte Emlen. „Es kommuniziert mit den verschiedenen Zellen und Geweben und sagt ihnen im Grunde, wie stark sie wachsen sollen.“

Die Hormonspiegel reflektieren den physiologischen Zustand jedes Tieres: hohe Level in gut genährten, dominanten Individuen und geringere Level in schlecht genährten oder weniger gesunden Individuen. Wenn ein Gewebe empfindlich gegenüber solchen Signalen ist (was bei den meisten Gewebearten der Fall ist), skaliert sich seine letztendliche Größe mit dem Gesamtzustand und der Größe des Tieres. Wegen dieses Mechanismus haben große Käfer größere Augen, Beine und Flügel als kleinere Käfer.

Emlen sagte, die Hörner seinen sehr empfindlich gegenüber diesen Insulin-Signalen – empfindlicher als andere Strukturen. Sich entwickelnde Hörner in großen, gesunden, gut genährten Männchen sind mit dem Hormon geflutet, was ein übersteigertes Hornwachstum auslöst. Auf der Kehrseite erhält ein kleines, weniger gesundes Männchen kleinere Mengen des ankurbelnden Hormons, was das Wachstum seiner Waffe verkümmern lässt.

Emlen sagte, dieser Prozess würde erklären, warum Hörner von männlichen Käfern derselben Spezies zwischen gigantisch und nicht-existent rangieren und warum die Größe solch übersteigerter, prahlerischer Merkmale sehr genau den Gesamtzustand des Männchens repräsentiert, dem sie gehören. Er sagte, die Ergebnisse seien neben Nashornkäfern wahrscheinlich auch auf andere Spezies anwendbar, weil weitere Studien denselben physiologischen Signalweg mit dem Wachstum von Rotwildgeweihen und Krabbenscheren in Verbindung setzten.

„Hörner und Geweihe sind von Bedeutung“, sagte Emlen. „Tiere zollen ihnen Aufmerksamkeit, wenn sie sich vor einem Kampf miteinander messen. Und Weibchen richten ihre Aufmerksamkeit auf Hörner oder werden von Männchen mit wirklich großen Schwanzfedern angezogen. Warum? Weil nur die besten der Besten wirklich große Hörner oder Schwanzfedern haben können.“

Emlens und Lavines Co-Autoren sind Annika Johns von der University of Montana, sowie Ian Warren und Ian Dworkin von der Michigan State University. Ihre Arbeit wurde von der National Science Foundation finanziert.

Quelle: http://news.wsu.edu/pages/publications.asp?Action=Detail&PublicationID=32231&TypeID=4

(THK)