Prachtkäfer sind auffällige Insekten, die leicht an ihren lebhaften Farben und ihrem metallischen Glanz zu erkennen sind. Prachtkäfer besitzen große, gut entwickelte Augen und nutzen Sehvermögen und Farbe für eine Reihe unterschiedlicher Verhaltensweisen, einschließlich der Suche nach Partnern und Wirtspflanzen.
Das Farbsehen von Insekten unterscheidet sich von unserem. Spezielle Gene ermöglichen vielen Insekten, ultraviolettes (UV) Licht sowie Blau und Grün zu sehen. Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung von Camilla Sharkey, Postdoktorandin am Wardill Lab am College of Biological Sciences, haben die komplexe Evolutionsgeschichte des Sehvermögens von Prachtkäfern untersucht. Das Forschungsteam umfasste Jorge Blanco, früher beim Wardill Lab und jetzt an der University of Maryland, Nathan Lord von der Louisiana State University, und Trevor Wardill, Assistenzprofessor an der CBS.
Die neue Studie ist veröffentlicht in Molekularbiologie und Evolution.
Frühere Forschung von Dr. Sharkey hat gezeigt, dass ihre Vorfahren vor der Evolution der modernen Käfer vor etwa 300 Millionen Jahren die Fähigkeit verloren haben, blaues Licht zu sehen. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass der Vorfahr des Käfers nachtaktiv wurde oder bei schlechten Lichtverhältnissen lebte. Später, als sich die Käfer diversifizierten, entwickelten sie Duplikate der Gene der Vorfahren, die es ihnen ermöglichen, das UV- und grüne Spektrum zu sehen. Diese doppelten Gene könnten sich weiterentwickeln, neue Teile des Farbspektrums sichtbar machen und kompliziertere und vielfältigere Farbsignale sichtbar machen.
Die Forscher wollten wissen, ob sich die doppelten Gene entwickelt haben, die es Käfern ermöglichen, Farben zu sehen, die ihre Vorfahren nicht sehen konnten. Da Prachtkäfer in einem Labor schwer zu halten sind, kopierten sie die Gene und fügten sie in Fruchtfliegen ein, wodurch sie ihre normalen visuellen Gene ersetzten. Mittels Elektrophysiologie testeten sie die Farbempfindlichkeit jedes Gens, das in den Fliegen produziert wird. Anschließend suchten sie mithilfe von 3D-Proteinmodellierung nach genetischen Veränderungen, die den Verschiebungen der Farbempfindlichkeit zugrunde liegen könnten. Die Studie ergab Folgendes:
Alle bisher untersuchten Prachtkäferarten haben die vier unterschiedlichen Gentypen, die in der Forschung isoliert wurden, was darauf hindeutet, dass alle Prachtkäfer wahrscheinlich eine komplexe Farbempfindlichkeit haben. Laut Sharkey „besteht der nächste Schritt darin, festzustellen, ob bestimmte Arten des Farbsehens anhand von Genen vorhergesagt werden können und wie das Farbsehen von Insekten genutzt wird, um Schädlinge und Bestäuberinsekten besser zu kontrollieren und so die Pflanzenproduktion zu verbessern.“
Die Forscher hoffen auch, die molekularen Grundlagen der Farbempfindlichkeit des Prachtkäfers zu verstehen, was eine Grundlage für die Vorhersage der Farbempfindlichkeit von Insekten aus der Gensequenz liefern würde.
Mehr Informationen:
Camilla R. Sharkey et al., Jewel Beetle Opsin Duplication and Divergence Is the Mechanism for Diverse Spectral Sensitivitys, Molekularbiologie und Evolution (2023). DOI: 10.1093/molbev/msad023