Für diesen Käfer kommt 'Date Night' alle zwei Tage: Der 48-Stunden-Zyklus des großen schwarzen Maikäfers.

18. Januar 2024

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von Andy Fell, UC Davis

Das Leben auf der Erde folgt einem 24-Stunden-Rhythmus, während sich der Planet dreht. Tiere und Pflanzen haben eingebaute zirkadiane Uhren, die Stoffwechsel und Verhalten an diesen täglichen Rhythmus anpassen. Aber ein Käfer ist nicht im Einklang mit dem Rest der Natur.

Eine neue Studie, veröffentlicht am 18. Januar in Current Biology, untersucht einen Käfer mit einem einzigartigen 48-Stunden-Rhythmus. Der große schwarze Maikäfer, Holotrichia parallela, ist ein landwirtschaftlicher Schädling in Asien. Alle zwei Nächte kommen die weiblichen Käfer aus dem Boden, klettern auf eine Wirtspflanze und setzen Pheromone frei, um Männchen anzulocken.

Das Paarungsverhalten der weiblichen Käfer wird von einer 48-Stunden-'cirka-bi-dian'-Uhr gesteuert, aus Gründen, die noch mysteriös sind. Ein Team unter der Leitung von Walter Leal, Professor für Molekular- und Zellbiologie an der University of California, Davis, und Jiao Yin an der Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing, wollte wissen, ob die Fähigkeit der männlichen Käfer, die Weibchen zu riechen, ebenfalls einem 48-Stunden-Rhythmus unterliegt.

Leals Labor an der UC Davis erforscht die chemische Wahrnehmung bei Insekten. Viele Insekten, von Motten bis zu Moskitos, locken einen Partner mit Duftstoffen an. Insekten "riechen" mit ihren Antennen, die spezialisierte Rezeptoren enthalten, die auf spezifische Chemikalien in der Luft reagieren.

Der erste Schritt des Teams bestand darin, das Gen in großen schwarzen Maikäfern für den Rezeptor zu identifizieren, der auf das weibliche Pheromon reagiert, das den verführerischen Namen L-Isolucinmethylester oder LIME trägt. Die Forscher klonierten zunächst 14 Kandidatengene. Eine Reihe von Experimenten führte sie zu einem Gen namens HparOR14 als Rezeptor für das Sexualpheromon - übrigens das erste identifizierte Pheromonrezeptor in einer Käferart.

Nachdem sie das Rezeptorgen identifiziert hatten, konnten sie die Menge der HparOR14 Gen-Transkripte während des Lebens des Käfers und seine Aktivität über 48 Stunden messen. Sie stellten fest, dass am "Verabredungsabend", wenn die Weibchen auf Pflanzen klettern, um Duftstoffe freizusetzen, die HparOR14-Transkription nach Einbruch der Dunkelheit höher war. Aber die Rezeptoraktivität war an den alternierenden Tagen niedrig. (In einem Kontrollexperiment blieb die Reaktion auf ein chemisches Signal von beschädigten Blättern, das darauf hinweist, dass es Nahrung für den Käfer gibt, Tag für Tag konstant.)

Die Ergebnisse zeigen, dass die Fähigkeit der Maikäfermännchen, das weibliche Sexualpheromon zu erkennen, auf einem 48-Stunden-Rhythmus läuft, der dem Paarungsverhalten der Weibchen entspricht.

Warum und wie große schwarze Maikäfer diese 48-Stunden-Rhythmen haben, ist unbekannt. Zirkadiane (24-Stunden) Uhren werden durch Hinweise synchronisiert, die sich im Laufe eines 24-Stunden-Rhythmus ändern - am offensichtlichsten durch den Sonnenaufgang oder -untergang. Aber es gibt keine 48-Stunden-Hinweise in der Natur, daher ist es noch ein ungelöstes Rätsel, wie die circabidianischen Zyklen von großen schwarzen Maikäfern eingestellt sind - einschließlich der Frage, wie Männchen und Weibchen sich miteinander synchronisieren können, so dass sie alle wissen, welche Nacht der Verabredungsabend ist.

"Vierundzwanzig-Stunden-Rhythmen in der Physiologie und im Verhalten werden bei Organismen von Bakterien bis hin zu Menschen häufig beobachtet, aber Beobachtungen von 48-Stunden-Rhythmen in der Natur sind selten," sagte Professorin Joanna Chiu, Leiterin des Departments für Entomologie und Nematologie an der UC Davis und Expertin für zirkadiane Rhythmen, die nicht an der Arbeit beteiligt war. "Diese elegante Studie von Professor Leal und seinen Mitarbeitern hat uns eine detaillierte Beschreibung darüber gegeben, wie der circabidianische Rhythmus der Pheromonerkennung bei diesem Käfer erzeugt wird."

Weitere Autoren der Studie sind: Yinliang Wang, Huanhuan Dong, Yafei Qu, Jianhui Qin, Kebin Li, Yazhong Cao und Shuai Zhang, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing; Yuxin Zhou und Bingzhong Ren, Northeast Normal University, Changchun, China; und Chen Luo, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences.

Journal-Informationen: Current Biology

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