Hornissengenetische Geheimnisse enthüllt: Der Schlüssel zu ihrem globalen Invasionserfolg

Wissenschaftler haben zum ersten Mal die Genome der Europäischen Hornisse und der Gelbbein-Hornisse aus Asien sequenziert und mit dem zuvor sequenzierten Genom der Riesen-Hornisse verglichen. Hornissen sind effektive invasive Arten, die sich an neue Umgebungen und Beute angepasst haben. Die Studie zeigt eine schnelle Genom-Evolution auf, mit vielen duplizierten oder veränderten Genen, insbesondere solchen, die mit Kommunikation und Geruchssinn in Verbindung stehen. Das Verständnis dieser Genome könnte dabei helfen, Hornissen-Populationen zu managen, um ihre Rolle in der Schädlingsbekämpfung in den einheimischen Ökosystemen zu unterstützen und ihre ökologische Bedrohung in invadierten Regionen zu minimieren.

Forscher der UCL sequenzierten die Genome von zwei Hornissen-Arten und entdeckten eine schnelle Genom-Evolution, die möglicherweise ihre erfolgreiche Etablierung als invasive Arten erklärt. Dies könnte helfen, ihre Populationen und ihren ökologischen Einfluss zu managen.

Die Genome von zwei Hornissen-Arten, der Europäischen Hornisse und der Asiatischen Hornisse (oder Gelbbein-Hornisse), wurden erstmals von einem Team von Wissenschaftlern der UCL (University College London) sequenziert.

Indem sie diese entschlüsselten Genome mit dem der Riesen-Hornisse verglichen, das kürzlich von einem anderen Team sequenziert wurde, konnten die Forscher Hinweise darauf finden, warum Hornissen als invasive Arten auf der ganzen Welt so erfolgreich waren.

Hornissen sind die größten der sozialen Wespen; sie spielen eine wichtige ökologische Rolle als Top-Prädatoren anderer Insekten. In ihren natürlichen Lebensräumen sind sie natürliche Schädlingsbekämpfer und helfen, die Populationen von Insekten wie Fliegen, Käfern, Raupen und anderen Arten von Wespen zu regulieren. Diese Dienstleistungen sind für gesunde, funktionierende Ökosysteme sowie für die Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung.

Aber Hornissen haben auch die Tendenz, sehr erfolgreich als invasive Arten zu sein. Sie können sich in Regionen etablieren, die für sie nicht heimisch sind, und potenziell enorme ökologische und wirtschaftliche Schäden verursachen, indem sie wichtige Bestäuber wie Honigbienen, Wildbienen und Schwebfliegen jagen.

Um zu verstehen, wie diese Spezies ihre Verbreitungsgebiete so erfolgreich erweitert haben, untersuchte das internationale Team von Wissenschaftlern die Genome von drei Arten von Hornissen.

Eine Genomsequenz ist eine Anleitung - ein genetischer Code -, der eine Spezies ausmacht. Der Vergleich der Genome verschiedener Arten kann Erkenntnisse über ihre Biologie - ihr Verhalten, ihre Evolution und wie sie mit der Umwelt interagieren - geben.

Die Asiatische Hornisse (Vespa velutina) ist eine Hornissenart, die in Südostasien heimisch ist. Sie ist in vielen Teilen Europas eine invasive Art und wurde auch in einigen Teilen Nordamerikas gesichtet. Die Asiatische Hornisse ist etwas kleiner als die Europäische Hornisse, hat gelbe Beine und einen dunklen, samtigen Thorax. Ihr Stich kann für Menschen, die allergisch sind, sehr schmerzhaft und sogar tödlich sein. Die Asiatische Hornisse ist ein Räuber von Bienen und anderen Insekten, was einen erheblichen Einfluss auf die lokalen Ökosysteme und die Landwirtschaft haben kann.

Die Forscher haben die Genome der einheimischen Europäischen Hornisse, Vespa crabro, und der invasiven Gelbbein-Hornisse Vespa velutina, die sich in den letzten 20 Jahren in weiten Teilen Europas etabliert hat und heimische Ökosysteme bedroht, neu sequenziert und mit dem Genom der Riesen-Hornisse Vespa mandarinia verglichen - einer Art, die für ihre Rolle als Schädlingsbekämpfer, Bestäuber und Nahrungslieferant in ihrer asiatischen Heimat bekannt ist, aber erst kürzlich in Nordamerika angekommen ist, wo sie einheimische Fauna bedrohen kann.

Indem sie die Unterschiede zwischen den drei verwandten Arten analysierten, konnten die Forscher Gene identifizieren, die sich seit der Differenzierung von anderen Wespen und voneinander schnell entwickelt haben, und fanden einige bemerkenswerte Gene, die sich schnell entwickeln, insbesondere im Zusammenhang mit Kommunikation und Geruchssinn.

Die Erstautorin der Studie, Dr. Emeline Favreau (UCL Center for Biodiversity & Environment), sagte: "Wir waren begeistert, Beweise für schnelle Genom-Evolution in diesen Hornissen-Genomen im Vergleich zu anderen sozialen Insekten zu finden. Viele Gene wurden dupliziert oder mutiert, darunter Gene, die wahrscheinlich an Kommunikation und Umweltwahrnehmung beteiligt sind."

Die Genom-Evolution ermöglicht es Organismen, sich an ihre Umgebung anzupassen und das Beste aus ihrer Umgebung zu machen, indem sie neue Verhaltensweisen und physiologische Eigenschaften entwickeln.

Co-Autor Dr. Alessandro Cini, der die Arbeit an der UCL begann, bevor er an die Universität Pisa wechselte, sagte: "Diese Ergebnisse sind aufregend, da sie möglicherweise erklären, warum Hornissen so erfolgreich dabei waren, neue Populationen in nicht-einheimischen Regionen zu etablieren."

“Hornets are carried to different parts of the world accidentally by humans. All that is needed is a small number of mated queens to be transported, hidden in cargo perhaps. The genomes suggest that hornets have lots of genes involved in detecting and responding to chemical cues – these may make them especially good at adapting to hunt different types of prey in non-native regions.”

Senior author Professor Seirian Sumner (UCL Centre for Biodiversity & Environment) said: “These hornet genomes are just the beginning. The genomes of more than 3,000 insect species have now been sequenced by efforts around the world, but wasps are under-represented among these.

“Genomes tell us about aspects of the ecology and evolution that other methods cannot. Evolution has equipped these insects with an incredible genetic toolbox with which to exploit their environment and hunt their prey.”

Armed with these new genomes, the scientists hope to help improve the management of hornet populations, both for their ecosystem services as pest controllers in native zones, and as ecological threats in regions where they are invasive.