Evolution exokriner Systeme

Wissenschaftlicher Hintergrund: Hornmilben (Oribatiden) haben nicht nur hinsichtlich ihrer Artenzahl (10.000 Arten!) eine große Formenfülle entwickelt: sie produzieren in großen, paarigen Öldrüsen eine unglaubliche Vielfalt von zum Teil vollkommen neuen Naturstoffen. Die Öldrüsensekrete dieser uralten Tiergruppe repräsentieren damit ein ausgezeichnetes Modellsystem, um die evolutive Geschichte von Sekret-Diversifizierung zu untersuchen, zu verstehen und zu rekonstruieren (Phylogenetische Chemosystematik). Zurzeit beschränkt sich das Wissen um Öldrüsensekrete auf die sogenannten Astigmata- Komponenten-produzierenden Hornmilben eine durch terpen- und aromatenreiche Sekrete gekennzeichnete Hornmilben-Linie (die von den Hornmilben zu den astigmaten Milben führt). Für den Großteil der Hornmilben jedoch, insbesondere für die Sekrete der extrem artenreichen höheren Hornmilben (Brachypylina), sind kaum chemische Daten vorhanden: erste Voruntersuchungen weisen jedoch auf chemisch aberrant strukturierte Sekrete, und damit auf eine bislang unbenannte Quelle neuer Naturstoffe hin. Hypothesen & Ziele: Wir nehmen an, dass neben den Astigmata Komponenten weitere chemische Klassen in Hornmilbensekreten verschiedener Verwandtschaftsgruppen entstanden sind. Weiters nehmen wir an, dass sich diese chemischen Klassen im Laufe der Evolution diversifiziert haben und so zur enormen Vielfalt an Öldrüsensekret-Komponenten bei Hornmilben führen. Wir vermuten, dass ein Netzwerk aus unterschiedlichen Biosynthesewegen zu unterschiedlichen chemischen Klassen von Öldrüsenkomponenten das System der Hornmilben durchzieht. Diese chemosystematische Bild zu entwirren und damit die chemische Vielfalt in rezenten Öldrüsensekreten logisch zu erklären ist das eigentliche Ziel des Projekts. Diese Aufgabe soll über die Rekonstruktion der evolutiven Geschichte einzelner Sekretklassen in den Öldrüsen der Hornmilben in Angriff genommen und gelöst werden. Wissenschaftliches Neuland: Wir wollen ein erstes umfassendes Modell zur evolutiven Geschichte exokriner Sekretchemie am Beispiel der Hornmilben-Öldrüsen erstellen. Die Chemie der Sekrete dieser uralten homologen Drüsen soll von ihrer Entstehung über Diversifizierungsperioden bis hin zur rezenten Vielfalt rekonstruiert werden. Methoden: Eine Kombination von Methoden kommt zum Einsatz: i) Öldrüsensekrete einer repräsentativen Auswahl von Hornmilben-Arten sollen extrahiert und chemisch analysiert werden. Dabei kommen moderne massenspektrometrische Methoden, Kernresonanzspektroskopie und Reinsubstanzsynthesen zum Einsatz; ii) Ein phylogenetisches System der Hornmilben (= unsere Matrix) soll über die Transkriptome der zu untersuchenden Arten erstellt werden; iii) chemische Daten sollen mit Ancestral Character State Reconstruction-Techniken auf die phylogenetische Matrix gemappt werden, um die evolutive Geschichte von Sekretkomponenten/Klassen nachzuzeichnen. Beteiligte Wissenschaftler: Günther Raspotnig (PI, Fachbereiche Zoologie, Evolutionsbiologie, Chemische Ökologie), Christoph Hahn (Mitantragsteller; Evolutionsbiologie, Transciptomics); Roy A. Norton (Acarologie); Hans-Jörg Leis & Olaf Kunert (Analytische Chemie); Michael Heethoff (Ökologie).