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Umwelt+Natur

Hitzewellen machen Käfer unfruchtbar

Käferspermium
Spermium des Reismehlkäfers (Foto: University of East Anglia)

Insekten sind nicht nur durch Pestizide und Futtermangel bedroht – auch der Klimawandel setzt ihnen womöglich stärker zu als bisher angenommen. Denn ein Experiment enthüllt nun, dass schon eine Hitzewelle ausreicht, um die Fruchtbarkeit von männlichen Käfern drastisch zu senken. Sie produzieren nur noch halb so viele Spermien. Folgt eine zweite Hitzewelle, sind die Tiere fast völlig steril. Angesichts der zunehmenden Häufigkeit von Hitzewellen sehen die Forscher in diesem Effekt eine weitere Bedrohung der Insektenvielfalt weltweit.

Der Klimawandel und vor allem die mit ihm verbundenen Wetterextreme stellen nicht nur die menschliche Gesellschaft vor neue Herausforderungen, auch die Tierwelt gerät unter Anpassungsdruck – und kann allzu oft nicht Schritt halten. „Hunderte von Studien beschreiben Rückgänge, Aussterben oder eine Verschiebung der Verbreitungsgebiete für eine Vielzahl von Tiergruppen an Land, im Meer und im Süßwasser, die durch den Klimawandel erklärt werden können“, sagen Kris Sales von der University of East Anglia und seine Kollegen. „Trotz alledem haben wir aber verstörend wenig Wissen darüber, welche unmittelbaren Ursachen hinter diesen Veränderungen stehen.“

Käfer unter Hitzestress

Um mehr Klarheit zu schaffen, haben Sales und sein Team nun eine Hypothese näher überprüft. Nach dieser könnten Hitzewellen die Fruchtbarkeit von wechselwarmen Tieren wie den Insekten beeinträchtigen, indem sie deren Spermienproduktion stören. „Bei Säugetieren ist wohlbekannt, dass die Reproduktionsfähigkeit schon auf einen geringen Anstieg der Umgebungstemperatur sensibel reagiert“, erklären die Forscher. Wird es den Hoden zu warm, produzieren sie erheblich weniger Spermien und die Fruchtbarkeit leidet. Ob aber auch wechselwarme Tiere von diesem Effekt betroffen sind, war bisher kaum untersucht. „Angesichts der Tatsache, dass die große Mehrheit der Biodiversität aus exothermen Arten besteht, ist das ziemlich überraschend“, konstatieren die Wissenschaftler.

Für ihre Studie setzten sie eine auch bei uns häufige Käferart in Klimakammern mehreren Hitzewellen aus. Der Rotbraune Reismehlkäfer (Tribolium castaneum) ist ein ursprünglich aus den Tropen stammender Vorratsschädling, der nach Angaben der Forscher in Physiologie und Eigenschaften repräsentativ für die meisten Insektengruppen ist. Die Forscher simulierten eine Hitzewelle, indem sie diese Käfer fünf Tage lang in Temperaturen von 42 Grad hielten – das sind fünf bis sieben Grad über deren Temperaturoptimum. Anschließend testeten sie die Spermienzahl und den Paarungserfolg der Männchen und untersuchten den Fortpflanzungserfolg der Weibchen.

Kaum noch lebensfähige Spermien

Die Experimente ergaben: Schon nach einer Hitzewelle hatte sich die Zahl der Spermien im Ejakulat der Käfermännchen um 75 Prozent reduziert. „Von diesen nach der Hitzewelle übrig gebliebenen Spermien war jedoch nur rund ein Drittel lebendig“, berichten die Forscher. Als Folge sank der Fortpflanzungserfolg dieser Käfermännchen um 30 bis 80 Prozent. Hinzu kam, dass sich durch die Hitze auch ihr Paarungsverhalten änderte: Sie zögerten länger vor ihrer ersten Kopulation und paarten sich insgesamt weit weniger häufig als Kontrolltiere unter normalen Temperaturbedingungen, wie die Wissenschaftler feststellten. Dabei entdeckten sie einen generationsübergreifenden Effekt: „Die Söhne von Männchen, die einer einzigen Hitzewelle ausgesetzt gewesen waren, zeigten ebenfalls eine 25-prozentige Verringerung des Paarungs- und Fortpflanzungserfolgs“, so Sales und sein Team. „Das ist unseres Wissens nach der erste Nachweis solcher generationsübergreifenden Effekte von Hitzewellen.“

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Noch schlimmer aber waren die Auswirkungen, als die Käfermännchen einer zweiten Hitzewelle ausgesetzt wurden: „Danach waren sie fast vollständig steril“, berichten Sales und sein Team. „Für Insekten in der freien Natur ist es sehr wahrscheinlich, dass sie mehrere Hitzewellen erleben“, sagt Sales. „Wenn sich die männliche Fortpflanzung daran nicht anpasst oder zumindest schnell wieder erholt, wird dies ein Problem für den Erhalt der Population.“ Erschwerend kommt hinzu, dass die negativen Folgen der Hitze auch nach erfolgreicher Paarung noch greifen: Die Untersuchung der Käferweibchen enthüllte, dass sie zwar selbst kaum von den hohen Temperaturen beeinträchtigt wurden, wohl aber die Spermien, die sie nach vorherigen Kopulationen in ihren Speicherorganen trugen. Angesichts der Tatsache, dass diese Art der Spermienspeicherung bei fast allen exothermen Tieren mit interner Befruchtung verbreitet ist, sei dies Grund zur Sorge.

„Unsere Ergebnisse haben Bedeutung für die Reproduktion und Überlebensfähigkeit eines signifikanten Anteils der globalen Biodiversität“, betonen die Wissenschaftler. „Dies könnte eine mögliche Erklärung dafür liefern, warum die Artenvielfalt so unter dem Klimawandel leidet.“

Quelle: Kris Sales (University of East Anglia, Norwich) et al., Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-018-07273-z

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