Der 48-Stunden-Zyklus des Großen Schwarzen Käfers

Das Leben auf der Erde verläuft im 24-Stunden-Zyklus, während sich der Planet dreht. Tiere und Pflanzen verfügen über eingebaute zirkadiane Uhren, die Stoffwechsel und Verhalten mit diesem Tageszyklus synchronisieren. Aber ein Käfer ist nicht im Einklang mit dem Rest der Natur.

Eine neue Studie, veröffentlicht 18. Januar in Aktuelle BiologieSie betrachtet einen Käfer mit einem einzigartigen 48-Stunden-Zyklus. Der große schwarze Käfer, Holotrichia parallela, ist ein landwirtschaftlicher Schädling in Asien. Alle zwei Nächte tauchen die weiblichen Käfer aus dem Boden auf, klettern eine Wirtspflanze hinauf und setzen Pheromone frei, um Männchen anzulocken.

Dieses Paarungsverhalten der Käferweibchen unterliegt der Kontrolle einer 48-Stunden-„circa-bi-dian“-Uhr, aus noch ungeklärten Gründen. Ein Team unter der Leitung von Walter Leal, Professor für Molekular- und Zellbiologie an der University of California, Davis, und Jiao Yin von der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften, Peking, wollte wissen, ob die Fähigkeit der männlichen Käfer, die Weibchen zu riechen, ebenfalls aktiviert war eine 48-Stunden-Uhr.

Leals Labor an der UC Davis untersucht die chemische Sensorik bei Insekten. Viele Insekten, von Motten bis zu Mücken, nutzen Duftstoffe, um einen Partner anzulocken. Insekten „riechen“ mit ihren Antennen, die spezielle Rezeptoren enthalten, die auf bestimmte Chemikalien reagieren, die durch die Luft schweben.

Pheromonen folgen

Der erste Schritt des Teams bestand darin, in großen schwarzen Käfern das Gen für den Rezeptor zu identifizieren, der auf das weibliche Pheromon reagiert, das den verführerischen Namen L-Isoleucinmethylester oder LIME trägt. Die Forscher klonten zunächst 14 Kandidatengene. Eine Reihe von Experimenten führte sie zu einem Gen namens HparOR14 als Sexualpheromonrezeptor – übrigens dem ersten, der bei einer Käferart identifiziert wurde.

Nachdem sie das Rezeptorgen identifiziert hatten, konnten sie die Menge an HparOR14-Gentranskripten während des gesamten Lebens des Käfers und seine Aktivität über 48 Stunden messen. Sie fanden heraus, dass die HparOR14-Transkription in der „Dattelnacht“, wenn die Weibchen auf Pflanzen kletterten, um Duftstoffe freizusetzen, nach Einbruch der Dunkelheit höher war. An den wechselnden Tagen war die Rezeptoraktivität jedoch gering. (In einem Kontrollexperiment blieb die Reaktion auf ein chemisches Signal von beschädigten Blättern, das dem Käfer Nahrung anzeigte, Tag für Tag konstant.)

Die Ergebnisse zeigen, dass die Fähigkeit männlicher Käfer, das weibliche Sexualpheromon zu erkennen, in einem zirkabiden 48-Stunden-Zyklus verläuft, der dem Paarungsverhalten der Weibchen entspricht.

Warum und wie große schwarze Käfer diese 48-Stunden-Zyklen haben, ist unbekannt. Zirkadiane (24-Stunden-)Uhren werden durch Signale synchronisiert, die sich im Laufe eines 24-Stunden-Zyklus ändern – der offensichtlichste ist der Auf- oder Untergang der Sonne. Da es in der Natur jedoch keine 48-Stunden-Hinweise gibt, ist es für uns immer noch ein Rätsel, wie genau die circabidischen Zyklen großer schwarzer Käfer aussehen – einschließlich der Art und Weise, wie Männchen und Weibchen sich miteinander synchronisieren können, sodass sie alle wissen, welche Nacht die Dattelnacht ist gelöst werden.

„24-Stunden-Rhythmen in Physiologie und Verhalten werden häufig bei Organismen von Bakterien bis hin zu Menschen beobachtet, aber Beobachtungen von 48-Stunden-Rhythmen in der Natur sind selten“, sagte Professor Joanna Chiu, Vorsitzende der Abteilung für Entomologie und Nematologie an der UC Davis ein Experte für zirkadiane Rhythmen, der nicht an der Arbeit beteiligt war. „Diese elegante Studie von Professor Leal und seinen Mitarbeitern hat uns eine detaillierte Beschreibung darüber geliefert, wie der zirkabide 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, Chinesische Akademie der Agrarwissenschaften, Peking; Yuxin Zhou und Bingzhong Ren, Northeast Normal University, Changchun, China; und Chen Luo, Pekinger Akademie für Land- und Forstwissenschaften.