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Raffiniertes Insekten-Know-how

Nester aus Sand und Seide

Quartinia-Wespen können durch spezielle Seiden-Drüsen am Kopf ihre Nester im losen Sand stabilisieren. (Bild: Volker Mauss)

Wie lassen sich Tunnel und Kammern in rieselndem Sand bauen? Um im feinkrümeligen Untergrund von Wüsten- und Dünengebieten Nester bauen zu können, haben einige Pollenwespen-Arten eine clevere Strategie entwickelt: Sie verbinden Sandkörner mit Seidenfäden, berichten Forscher. Die Biologen haben bisher unbekannte Drüsen und Strukturen am Kopf dieser wichtigen Bestäuberinsekten des Mittelmeerraums entdeckt, die ihnen das ungewöhnliche Konzept der Seidenspinnerei ermöglichen.

Aus Erfahrungen der Sandkasten-Zeit oder vom Burgenbau am Strand wissen wir: Aus trockenem Sand kann man keine stabilen Strukturen errichten und in das rieselnde Material lassen sich erst recht keine Tunnel graben. Um dies zu ermöglichen, muss der Mensch zu bautechnischen Stabilisierungsmaßnahmen greifen. Genau das machen auch winzige Bewohner der Wüsten und Küstendünen des Mittelmeerraums und Südafrikas, berichten die Forscher um Dominique Zimmermann vom Naturhistorischen Museum Wien. Es handelt sich bei diesen nur wenige Millimeter großen Insekten um Arten aus der Familie der Pollenwespen.

Ein typisches sandiges Habitat der Quartinia-Wespen, in dem sie Blütenpflanzen bestäuben. (Bild: Volker Mauss)

Ähnlich wie Bienen ernähren alle Vertreterinnen dieser Insektengruppe ihre Larven mit Blütenstaub, den sie von den Pflanzen ihrer Heimat einsammeln. Es handelt sich allerdings nicht um staatenbildende Bestäuberinsekten – sie leben allein und bauen ihre Nester nur für den eignen Nachwuchs. Die meisten Pollenwespen-Arten graben dazu Tunnel und Brutkammern in lehmige Böden oder verwenden den Lehm, um oberirdische freie Brutzellen an Felsen zu bauen. Doch die Vertreterinnen der vor allem im Mittelmeergebiet und im südlichen Afrika vorkommenden Gattung Quartinia haben sich auch Lebensräume erschlossen, wo es diese Nestbaumöglichkeiten nicht gibt: Sie können ihre Nester auch im losen Sand errichten.

Raffiniert stabilisierte Neströhren

Es war bereits bekannt, dass die Hohlraumstrukturen der Nester der Quartinia-Pollenwespen ihre Stabilität feinen Seidengespinsten zu verdanken haben. Doch bisher waren kaum Details darüber bekannt, wie die Insekten diese Strukturen hervorbringen. Dabei betonen Zimmermann und ihre Kollegen, dass während die Produktion von Seide bei Larven recht häufig vorkommt, sie bei ausgewachsenen Insekten kaum bekannt ist. Die Biologen konnten nun zeigen, durch welche Anpassungen die weiblichen Quartinia-Pollenwespen ihre Nester mittels selbst produzierter Seide als Bindemittel im Sand errichten können.

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Wie sie berichten, wurden sie bei der Suche nach speziellen Körperstrukturen zur Seidenproduktion am Kopf der Insekten fündig. Dazu war ausgesprochene Feinarbeit nötig: „Um die Gewebe zu untersuchen, wurden die winzigen Köpfe erst in Kunststoff eingebettet und dann Serien von dünnen Schnitten mit einem Diamantmesser an einem Ultramikrotom angefertigt“, sagt Zimmermann. „Wir haben dann systematisch die Oberflächen mit dem Rasterelektronenmikroskop abgesucht und ergänzt wurden die Untersuchungen durch den Einsatz eines Mikro-Computertomographen“, berichtet die Forscherin.

3D Rekonstruktion des Kopfes einer Quartinia-Wespe. Die neu entdeckte Drüse ist grün gekennzeichnet und das involvierte Mundwerkzeug orange. (Bild: NHM Wien, Dominique Zimmermann)

Neuentdeckte Spinn-Strukturen am Kopf

Bei ihren Untersuchungen verglichen die Wissenschaftler die Strukturen des Kopfes von Weibchen verschiedener Quartinia-Arten mit denen der Männchen und mit anderen Vertreterinnen der Pollenwespen. „Dabei konnten wir eine bisher unbekannte Drüse in den Mundwerkzeugen der Weibchen identifizieren, die mit der Seidenproduktion in Zusammenhang steht. Außerdem haben wir einen ungewöhnlichen Fortsatz an der Spitze der Unterkiefer entdeckt, der wahrscheinlich zum Spinnen der Fäden benutzt wird. Bei Vertretern anderer Gattungen sowie bei den Männchen fehlen diese Strukturen,“ berichtet Zimmermann.

Bei den neuentdeckten Strukturen handelt es sich somit um Schlüsselanpassungen der Gattung Quartinia, sagen die Forscher: Sie ermöglichten die Besiedelung von Sandhabitaten und damit einer für Pollenwespen völlig neuen ökologischen Zone. Dies spiegelt sich auch im Erfolg und in der Bedeutung dieser Familie wider: Mit über 140 bekannten Arten, die teils große Bestände bilden, spielen sie eine zentrale Rolle für die Bestäubung und damit für die Fortpflanzung der Blütenpflanzen in den sandigen Ökosystemen, betonen die Wissenschaftler.

Wie sie abschließend betonen, bleibt nun allerdings noch ein Aspekt zu klären: Sie wollen auch die chemische Zusammensetzung der Seidenfäden aufschlüsseln, mit denen die Quartinia-Wespen ihre Neströhren stabilisieren. Vielleicht könnten die zukünftigen Untersuchungsergebnisse somit sogar für Materialforscher interessant sein.

Quelle: Naturhistorisches Museum Wien, Fachartikel: Arthropod Structure & Development, doi: 10.1016/j.asd.2021.101045

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