Forscher gehen der Frage auf den Grund, wie Käfer ihren Hintern benutzen, um hydriert zu bleiben

Käfer sind Meister darin, in extrem trockenen Umgebungen zu überleben. Zum Teil beruht diese Eigenschaft auf ihrer Fähigkeit, mit ihren hinteren Enden Wasser aus der Luft zu saugen. Wie das geht, erklärt eine neue Gemeinschaftsstudie von Forschern der Universität Kopenhagen und der Universität Edinburgh. Neben der Erklärung, wie Käfer in Umgebungen gedeihen, in denen nur wenige andere Tiere überleben können, könnte das Wissen schließlich für eine gezieltere und sanftere Bekämpfung globaler Schädlinge wie des Kornkäfers und des Mehlkäfers genutzt werden.

Insektenschädlinge fressen sich jedes Jahr durch Tausende Tonnen Lebensmittel auf der ganzen Welt. Die Ernährungssicherheit in Entwicklungsländern wird besonders von Tierarten wie dem Kornkäfer und dem Roten Mehlkäfer beeinträchtigt, die sich seit Jahrtausenden darauf spezialisiert haben, in extrem trockenen Umgebungen, einschließlich Getreidespeichern, zu überleben.

In der neuen Studie, die in veröffentlicht wird Proceedings of the National Academy of Sciences untersuchten Forscher am Institut für Biologie der Universität Kopenhagen die molekularen und physiologischen Prozesse, die der Fähigkeit von Käfern zugrunde liegen, ihr ganzes Leben ohne das Trinken von flüssigem Wasser zu überleben. Eines der Geheimnisse dieser Eigenschaft liegt in ihren Hinterteilen.

Tatsächlich können Käfer ihren Enddarm öffnen und Wasser aus feuchter Luft aufnehmen und in Flüssigkeit umwandeln, die sie dann in ihren Körper aufnehmen können. Dieser neuartige Ansatz zum Wasserkonsum ist seit mehr als einem Jahrhundert in wissenschaftlichen Kreisen auf der ganzen Welt bekannt, aber bisher nie vollständig geklärt.

„Wir haben ein neues Licht auf die molekularen Mechanismen geworfen, die es Käfern ermöglichen, Wasser rektal aufzunehmen. Insekten reagieren besonders sensibel auf Veränderungen ihres Wasserhaushalts. Dieses Wissen kann daher genutzt werden, um gezieltere Methoden zur Bekämpfung von Käferarten zu entwickeln, die unsere Nahrung zerstören.“ Produktion, ohne andere Tiere zu töten oder Mensch und Natur zu schaden“, sagt Associate Professor Kenneth Veland Halberg vom Department of Biology, der die Forschung leitete.

Knochentrockener Stuhl zeugt von einer effektiven Flüssigkeitsextraktion

Die Forscher untersuchten die inneren Organe von Mehlkäfern, um mehr über ihre Fähigkeit zu erfahren, Wasser durch das Rektum aufzunehmen. Rote Mehlkäfer werden als sogenannte Modellorganismen verwendet, was bedeutet, dass sie Werkzeuge bieten, mit denen sie leicht zu handhaben sind, und dass ihre Biologie der anderer Käfer ähnelt.

Hier identifizierten die Forscher ein Gen, das im Rektum des Käfers im Vergleich zum Rest des Tieres sechzig Mal stärker exprimiert wird als jedes andere Gen, das sie gefunden haben. Dies führte sie zu einer einzigartigen Gruppe von Zellen, die als Leptophragmata-Zellen bekannt sind. Bei näherer Betrachtung konnten sie erkennen, dass diese Zellen eine entscheidende Rolle spielen, wenn der Käfer Wasser über sein Hinterteil aufnimmt.

„Leptophragmata-Zellen sind winzige Zellen, die sich wie Fenster zwischen den Nieren des Käfers und dem Kreislaufsystem der Insekten oder dem Blut befinden. Da die Nieren des Käfers seinen Hinterdarm umgeben, funktionieren die Leptophragmata-Zellen, indem sie Salze in die Nieren pumpen, damit sie Wasser aus Feuchtigkeit gewinnen können Luft durch ihr Rektum und von dort in ihren Körper. Das Gen, das wir entdeckt haben, ist für diesen Prozess unerlässlich, was für uns neue Erkenntnisse sind“, erklärt Kenneth Veland Halberg.

Neben der Fähigkeit, Wasser aus der Luft zu saugen, sind Käfer auch äußerst effektiv darin, Flüssigkeit aus Lebensmitteln zu extrahieren. Auch trockenes Getreide, das zu 1-2 Prozent aus Wasser bestehen kann, kann zum Flüssigkeitshaushalt eines Käfers beitragen.

„Ein Käfer kann einen ganzen Lebenszyklus ohne das Trinken von flüssigem Wasser durchlaufen. Das liegt an seinem modifizierten Enddarm und den eng anliegenden Nieren, die zusammen ein Multiorgansystem bilden, das hochspezialisiert darauf ist, Wasser aus der Nahrung und aus ihm zu extrahieren die Luft um sie herum. Tatsächlich passiert es so effektiv, dass die von uns untersuchten Stuhlproben völlig trocken und ohne jede Spur von Wasser waren“, erklärt Halberg.

Bis zu 25 Prozent der weltweiten Nahrungsmittelproduktion gehen verloren

In den letzten 500 Millionen Jahren haben sich Käfer erfolgreich über den Planeten verbreitet. Heute ist jede fünfte Tierart auf der Erde ein Käfer. Leider gehören auch Käfer zu den Schädlingen, die verheerende Auswirkungen auf unsere Ernährungssicherheit haben. Mehlkäfer, Kornkäfer, Mehlkäfer, Kartoffelkäfer und andere Käferarten dringen jedes Jahr in bis zu 25 Prozent der weltweiten Nahrungsmittelversorgung ein.

Wir verwenden weltweit jedes Jahr etwa 100 Milliarden US-Dollar an Pestiziden, um Insekten von unserer Nahrung fernzuhalten. Herkömmliche Pestizide schädigen jedoch andere lebende Organismen und zerstören die Umwelt.

Daher ist es laut Halberg wichtig, spezifischere und „umweltfreundlichere“ Insektizide zu entwickeln, die nur auf Schadinsekten abzielen, während nützlichere Insekten wie Bienen umgangen werden. Hier könnte ein neues und besseres Verständnis der Anatomie und Physiologie der Käfer entscheidend werden.

„Jetzt verstehen wir genau, welche Gene, Zellen und Moleküle im Käfer im Spiel sind, wenn er Wasser in seinem Rektum aufnimmt. Das bedeutet, dass wir plötzlich im Griff haben, wie wir diese sehr effizienten Prozesse stören können, indem wir zum Beispiel Insektizide entwickeln, die zielgerichtet wirken.“ diese Funktion übernehmen und damit den Käfer töten“, sagt Halberg.

„Es gibt zwanzigmal so viel Insektenbiomasse auf der Erde wie die des Menschen. Sie spielen eine Schlüsselrolle in den meisten Nahrungsnetzen und haben einen enormen Einfluss auf praktisch alle Ökosysteme und die menschliche Gesundheit. Wir müssen sie also besser verstehen“, schließt der Forscher .