Die Rolle von Symbiose auf Verhalten und Artbildung

Das Verständnis jener Prozesse, welche zur Entstehung von neuen biologischen Arten führen, gehört zu den zentralen Grundlagen der Evolutionsforschung, deren Ergebnisse weit reichende Konsequenzen auf viele biologische Disziplinen wie der Ökologie, Humanmedizin und Genomforschung haben. Eine der zentralen Fragen der Evolutionsforschung beschäftigt sich daher mit der Analyse jener Mechanismen und Faktoren, welche zur Artbildung beitragen. Insekten sind eine extrem dynamische und anpassungsfähige Klasse von Organismen, welche mit etwa 1 Million beschriebener Arten mehr als 50% aller bekannten Tierarten auf unserem Planeten darstellen. Neben ihrer ökonomischen und medizinischen Bedeutung sind Insekten daher optimale Modellsysteme für die Analyse der Evolutionsdynamik von Artbildungsprozessen und deren Mechanismen. In den gängigen Artbildungsmodellen wurde aber bisher die potentielle Rolle von maternal vererbten, mikrobiellen Symbionten weitgehend unterschätzt, welche - wie die intrazellulären Bakterien der Gattung Wolbachia - in bis zu 76% aller Insektenarten vorkommen und die Reproduktionsbiologie ihres Wirtes massiv zum eigenen Vorteil manipulieren können. Das vorliegende Projekt soll nun den evolutiven Einfluss von symbiontischen Wolbachia Bakterien an Hand von tropischen Drosophila Modellsystemen, welche sich im Moment in massiver Artbildung befinden, analysieren und deren Infektionsdynamik und deren Rolle auf die Wirtsfitness und deren Sexualverhalten untersuchen.

Das Verständnis jener Prozesse, welche zur Entstehung von neuen biologischen Arten führen, gehört zu den zentralen Grundlagen der Evolutionsforschung, deren Ergebnisse weit reichende Konsequenzen auf viele biologische Disziplinen wie Ökologie, Humanmedizin und Genomforschung haben. Eine der zentralen Fragen der Evolutionsforschung beschäftigt sich daher mit der Analyse jener Mechanismen und Faktoren, welche zur Artbildung beitragen. Insekten sind eine extrem dynamische und anpassungsfähige Klasse von Organismen, welche mit etwa 1 Million beschriebener Arten mehr als 50% aller bekannten Tierarten auf unserem Planeten darstellt. Neben ihrer ökonomischen und medizinischen Bedeutung sind Insekten daher optimale Modellsysteme für die Analyse der Evolutionsdynamik von Artbildungsprozessen und deren Mechanismen. In den gängigen Artbildungsmodellen wurde aber bisher die potentielle Rolle von mütterlich vererbten, mikrobiellen Symbionten weitgehend unterschätzt, welche - wie die intrazellulären Bakterien der Gattung Wolbachia - in bis zu 76% aller Insektenarten vorkommen und die Reproduktionsbiologie ihres Wirtes massiv zum eigenen Vorteil manipulieren können. Innerhalb dieses Forschungsprojektes wurde der evolutive Einfluss von symbiontischen Wolbachia Bakterien an Hand von tropischen Drosophila Modellsystemen, welche sich im Moment in massiver Artbildung befinden, analysiert und deren Infektionsdynamik und deren Rolle auf die Fitness und Sexualverhalten ihrer Wirte untersucht. Wie wir zeigen konnten, ist in diesem System Wolbachia ein essentieller obligatorischer Mutualist, d.h. ohne welchen der Drosophila Wirt nicht lebensfähig ist. Des weiteren kolonialisiert das Bakterium selektiv nur jene Wirtsgewebe und Organe, welche zu dessen Vererbung (Keimbahn), aber auch für die Manipulation des Sexualverhaltens seines Wirtes in einer geschlechts-spezifischen Weise dienen: in männlichen Fliegen werden jene speziellen Zellen besiedelt, welche zur Produktion von Pheromonen (Sexualhormone) zuständig sind, während Wolbachia in Weibchen nur in jenen hoch-spezifischen Gehirnregionen gefunden wird, welche zur Aufnahme und Interpretation von Pheromonen zuständig sind. Schaltet man Wolbachia in weiblichen Gehirnen aus, können diese Fliegen die vom Männchen gesendeten Pheromon- Signale nicht mehr interpretieren und paaren sich zufällig, d.h. selbst mit Männchen, welche inkompatible Wolbachia Stämme tragen. Männchen ohne Wolbachia in ihren Sexualhormon- bildenden Zellen produzieren weniger Pheromone und werden daher von Weibchen als potentiellen Paarungspartner abgelehnt. Solch massive Änderungen des Sexualverhaltens, welche durch rasch evolvierende symbiontische Bakterien verursacht werden, können daher einen neuen, bisher unterschätzten Evolutionsfaktor zur Artbildung darstellen.