Käfer: Erfolgskarriere durch „Patent-Klau“ - wissenschaft.de
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Käfer: Erfolgskarriere durch „Patent-Klau“

Die bizarren Rüsselkäfer haben eine besonders große Artenvielfalt hervorgebracht. (Bild: Image courtesy of Duane D. McKenna)

Sie haben eine erstaunliche Artenvielfalt hervorgebracht – was steckte hinter dem evolutionären Erfolg der Käfer? Einer genetischen Studie zufolge war ein Geheimnis der Krabbler fremdes Erbgut, das sie sich von Mikroben durch horizontalen Gentransfer angeeignet haben. Die „geklauten“ Gene ermöglichten den Käfern eine besonders effiziente Verdauung von Holz und Blättern. Dadurch konnten sie sich im Reich der Insekten einen Vorteil verschaffen, erklären die Forscher.

Sie kreuchen und fleuchen durch Wiese, Wald und Flur: Über 400.000 Käferarten haben sich im Lauf der Jahrmillionen die unterschiedlichsten Lebensräume der Welt erobert. Wie die Evolutionsgeschichte dieser wichtigen Insektengruppe abgelaufen ist, war bislang allerdings kaum erforscht. Um mehr Licht auf den Stammbaum der Käfer zu werfen, hat nun ein internationales Forscherteam eine umfangreiche genetische Studie durchgeführt: Sie untersuchten das Erbgut von hunderten Käferarten aus allen Entwicklungslinien, um Verwandtschaftsverhältnisse zu klären sowie um Rückschlüsse auf Entwicklungsprozesse und genetische Anpassungen zu ermöglichen.

Gene für Verdauungsenzyme

Wie sie berichten, stießen sie bei den Erbgutvergleichen auf besonders auffällige Gensequenzen: Viele pflanzenfressende Käferarten besitzen in ihrem Erbgut Gene für Pflanzenzellwand-abbauende Enzyme, die ursprünglich von Bakterien oder Pilzen stammen. Wie die Forscher erklären, haben sich die Vorfahren dieser Käfer die Fremd-DNA offenbar über einen sogenannten horizontalen Gentransfer von den Mikroben besorgt und in ihr eigenes Genom integriert. Dadurch waren sie in der Lage, Cellulose von Holz und Blättern zu verdauen, ohne dabei wie andere Lebewesen auf die Hilfe von Darmmikroben angewiesen zu sein.

Aus den genetischen Daten geht hervor, dass es sogar gleich zweimal unabhängig voneinander zu einem Transfer von „Genpatenten“ für die Verdauung gekommen ist. Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass die zwei Ereignisse der Integration von DNA aus anderen Organismen zu den wichtigsten Faktoren gehören, welche die erfolgreiche Evolution der Käfer ermöglicht haben.„Pflanzenzellwand-abbauende Enzyme waren die Schlüsselinnovation im Erdmittelalter“ sagt Co-Autor Dirk Ahrens vom Forschungsmuseum Alexander Koenig in Bonn. „Dies ermöglichte eine effiziente Verdauung verschiedener Pflanzengewebe, wodurch sich grundverschiedene Ernährungsweisen, wie Blattminierung oder Holzbohren herausbilden konnten.“ Das erklärt, warum heute mehr als die Hälfte aller existierenden Käfer Pflanzenfresser sind, sagen die Forscher.

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Geringe Aussterberate und Co-Evolution mit den Blütenpflanzen

Anhand von genetischen Hinweisen konnten sie zudem belegen, dass die Entwicklungsgeschichte der Käfer in der Karbonzeit vor etwa 327 Millionen Jahren begann. Neben der späteren Aneignung der Verauungsgene basierte die Entstehung der außerordentlichen Vielfalt der Käfer auf einer Mischung weiterer Faktoren, sagen die Wissenschaftler. Es zeichnet sich ab, dass es bei diesen Tieren eine vergleichsweise geringe Aussterberate gab, wodurch die Entwicklungslinien über lange evolutionäre Zeiträume erhalten blieben und sich auffächern konnten.

Diese Aufspaltung in viele Arten war zudem an eine weitere Erfolgsgeschichte in der Evolution gekoppelt, sagen die Wissenschaftler – an die Artenexplosion bei den Blütenpflanzen. Mit anderen Worten: Mehr Pflanzenarten boten auch das Potenzial für die Entstehung von zusätzlichen Käferarten, die sich von ihnen ernährten. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen somit erneut eindrucksvoll die komplexen evolutiven Beziehungen von Insekten, Pflanzen und Mikroben resümieren die Forscher.

Quelle: Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere Fachartikel: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1909655116

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