Gehörlose männliche Mücken paaren sich nicht, entdecken Forscher

Romantik ist eine komplexe Angelegenheit für den Menschen. Es gibt Persönlichkeit, Aussehen, Verführung und alle möglichen physischen und sozialen Signale. Mücken sind viel stumpfer. Die Paarung findet einige Sekunden lang in der Luft statt. Und alles, was es braucht, um ein Männchen zu umwerben, ist das Geräusch der Flügelschläge eines Weibchens. Stellen Sie sich die Überraschung der Forscher vor, als eine einzige Veränderung die Libido der Mücken vollständig tötete.

Nun zeigt eine Studie der UC Santa Barbara, dass das wirklich alles ist. Forscher im Labor von Professor Craig Montell schufen taube Mücken und stellten fest, dass die Männchen überhaupt kein Interesse an der Paarung hatten. „Man könnte sie tagelang bei den Weibchen lassen, und sie paaren sich nicht“, sagte Montell.

Die dramatische Veränderung war einfach herbeizuführen. „Das Fehlen eines einzelnen Gens, trpVa, hatte diesen tiefgreifenden Effekt auf das Paarungsverhalten von Mücken“, erklärte Co-Hauptautor Dhananjay Thakur, Postdoktorand in der Abteilung für Molekular-, Zell- und Entwicklungsbiologie.

Die Ergebnisse, veröffentlicht im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften könnte erhebliche Auswirkungen darauf haben, wie wir die Übertragung von Krankheiten bewältigen, indem wir die Populationen von Mückenüberträgern wie Aedes aegypti, die jedes Jahr Hunderte Millionen Menschen mit krankheitsverursachenden Viren infizieren, besser kontrollieren.

Verspielte Skeeter

„An Sommerabenden sehen wir oft Mückenschwärme, die sich am Wasser oder unter Straßenlaternen versammeln. Bei diesen Ansammlungen handelt es sich im Wesentlichen um Massenpaarungen“, sagte Co-Hauptautor Yijin Wang, ein ehemaliger Postdoktorand an der UCSB. Obwohl Mücken über eine außergewöhnliche Fähigkeit zur Fortpflanzung verfügen, haben Wissenschaftler immer noch ein begrenztes Verständnis der molekularen und neurologischen Mechanismen, die dabei wirken.

Die Balz für Aedes aegypti verläuft in der Regel so: Die Weibchen schlagen mit den Flügeln etwa 500 Hz. Wenn Männchen das hören, heben sie ab und summen mit etwa 800 Hz. Auch die Männchen modulieren diese Frequenz schnell, wenn die Damen in der Nähe sind. Dann gibt es ein kurzes Rendezvous in der Luft, und die Liebhaber gehen getrennte Wege. Männchen sind ständig auf der Suche nach neuen potenziellen Partnern, aber ein Weibchen, das sich erfolgreich gepaart hat, wird dies in der Regel nicht noch einmal tun.

Montell und die beiden Hauptautoren Yijin Wang, Thakur und Emma Duge vermuteten, dass das Gehör bei diesem Verhalten eine Rolle spielte, und untersuchten daher die Hörneuronen des Insekts. Diese liegen an der Basis der Antennen in einer Struktur, die Johnston-Organ genannt wird.

Die Antennen sind großartige multisensorische Apparate, vollgestopft mit olfaktorischen, mechanosensorischen und sogar thermischen Infrarotsensillen, wie Montells Labor kürzlich herausfand. In der aktuellen Studie konzentrierte sich das Team auf einen bestimmten Sinneskanal namens TRPVa – und das entsprechende Gen, trpVa –, das das Mückenanalogon eines Kanals darstellt, der für das Hören bei Fruchtfliegen erforderlich ist.

Das Team nutzte CRISPR-Cas9, um das Gen auszuschalten, das für TRPVa in Aedes aegypti-Mücken kodiert. Die resultierenden Tiere reagierten nicht auf Geräusche. Tatsächlich fanden sie heraus, dass Schall keine elektrische Aktivität von Neuronen im Johnston-Organ hervorrief. Die Insekten waren wirklich taub.

Und als die Autoren gehörlose Männer zusammen mit Frauen in Kammern brachten, passierte nichts. „Wenn sie den weiblichen Flügelschlag nicht hören können, sind sie nicht interessiert“, sagte Montell. Ihre hörenden Artgenossen hingegen verschwendeten keine Zeit damit, sich zu beschäftigen und paarten sich innerhalb weniger Minuten mehrmals.

Ein romantischer Soundtrack

Das Gehör ist für Männchen nicht nur zur Paarung notwendig, es scheint auch auszureichen, um ihre Wünsche zu wecken. Als die Autoren normalen Männern das Geräusch weiblicher Flügelschläge vorspielten, reagierten die Männchen typischerweise mit Bauchstößen. Sie waren vorbereitet und einsatzbereit. Gehörlose Männer zuckten kaum.

Bei den Frauen war es jedoch anders. Gehörlose Frauen hatten immer noch etwas Lust in sich. „Die Auswirkungen auf die Frau sind minimal, aber die Auswirkungen auf den Mann sind absolut“, sagte Montell. Das Team plant, diese Unterschiede in zukünftigen Arbeiten zu untersuchen.

„Ich denke, der Grund, warum unser wichtigstes Ergebnis so schockierend ist, liegt darin, dass das Paarungsverhalten bei den meisten Organismen von einer Kombination mehrerer sensorischer Hinweise abhängt“, sagte Duge, einer von Montells Doktoranden. „Die Tatsache, dass der Wegfall eines einzigen Sinnes die Paarung völlig abschaffen kann, ist faszinierend.“

Und die Autoren glauben, dass ihre Ergebnisse – die Rolle von Geräuschen bei der Paarung und die Funktion von TRPVa beim Hören – auf andere Mückenarten übertragbar sind.

Nach innen schauen

Die Physiologie einer Mücke zeigt, wie wichtig das Hören für diese Insekten ist. Männliche Mücken haben die meisten Hörneuronen aller bekannten Insekten, erklärte Montell. Frauen haben halb so viele. Das ist immer noch viel, aber für Männer ist das Hören viel wichtiger.

Um herauszufinden, welche Neuronen das trpVa-Gen exprimieren, fügten die Autoren dem Mückengenom ein Gen hinzu, das für grün fluoreszierendes Protein kodiert. Dies taten sie so, dass das fluoreszierende Protein indirekt unter der Kontrolle des trpVa-Promotors exprimiert wurde.

Ein Promotor ist eine DNA-Sequenz, die sich normalerweise am Anfang eines Gens befindet, wo Enzyme binden, um die Transkription zu initiieren, was in diesem Fall die Produktion dieser grün fluoreszierenden Proteine ​​auslöst. Jetzt würden die mutierten Mücken an allen Stellen grün fluoreszierendes Protein produzieren, an denen normalerweise TRPVa produziert würde. Dieselben Mücken lieferten also Testpersonen für das Experiment und eine hellgrüne Karte der TRPVa-Expression für die Analyse.

Es überrascht nicht, dass das Team herausfand, dass trpVa im Johnston-Organ exprimiert wird. Und sie konnten die Wege der Hörneuronen von dort ins Gehirn eindeutig verfolgen und Unterschiede in diesen Wegen zwischen männlichen und weiblichen Mücken erkennen.

Entführung der Mückenwerbung

Die von der Mücke Aedes aegypti übertragenen Krankheitserreger infizieren jährlich etwa 400 Millionen Menschen, von denen etwa 100 Millionen an Krankheiten wie Dengue-Fieber, Zika-Fieber und Gelbfieber erkranken. Das bedeutet, dass uns das Verständnis seines Verhaltens und seines Lebenszyklus Werkzeuge und Erkenntnisse zur Krankheitsprävention liefern kann.

Eine mögliche Methode zur Bekämpfung von Insektenüberträgern ist die Sterile-Insekten-Technik (SIT), bei der eine große Anzahl steriler Männchen zur Paarung mit Weibchen freigelassen wird. Bei bestimmten Insekten, beispielsweise Mücken, hindert eine erfolgreiche Paarung die Weibchen daran, andere Partner zu suchen. Und wenn sich das Weibchen mit einem unfruchtbaren Männchen paart, bringt es eigentlich keine Nachkommen hervor. Theoretisch kann dies die Bevölkerung unterdrücken.

Die Technik funktioniert hervorragend bei bestimmten landwirtschaftlichen Schädlingen wie der Kalifornischen Medfliege. „Die Tatsache, dass Sie noch nie von diesem Schädling gehört haben, ist ein Beweis dafür, wie erfolgreich SIT ist, denn vor 30 Jahren war er überall in den Nachrichten“, sagte Montell.

Der Erfolg der SIT bei Aedes aegypti wird jedoch durch die Konkurrenzfähigkeit der unfruchtbaren Männchen begrenzt; Sie müssen zuerst zu den Weibchen gelangen, damit der Trick funktioniert. Derzeit bewirkt die Technik keine ausreichende Unterdrückung der Mückenpopulationen, sodass diese unter den kritischen Schwellenwert fallen und die Population sinken lässt.

Angesichts der zentralen Rolle des Hörens bei der Mückenwerbung könnte trpVa ein Ziel für die Steigerung der Wirksamkeit der SIT darstellen. Montells Labor arbeitet an mehreren Möglichkeiten, sterile Männchen zu erzeugen, die ihre natürlichen Artgenossen übertreffen können. Hoffentlich ist der Trick so einfach wie bei diesen schnörkellosen Liebhabern.