Käfer sind auf einzigartige „Gesäßtaschen“ angewiesen, um bakterielle Symbionten während der Metamorphose sicher zu halten

Käfer der Gattung Lagria brauchen während ihrer unreifen Lebensphase ein wenig Hilfe von ihren bakteriellen Freunden. Aber es ist nicht machbar, sie ein Leben lang an derselben Stelle zu halten. Denn Käfer sind holometabole Insekten, die als Puppe eine leibliche Gesamtumgestaltung (Metamorphose) durchlaufen.

Hier zeigen Wissenschaftler erstmals, dass die Käfer eine geniale Lösung für dieses Problem entwickelt haben: Weibliche Puppen halten ihre symbiotischen Bakterien in spezialisierten Taschen auf ihrem Rücken. Wenn sie als Erwachsene auftauchen, schieben sie die Bakterien aus diesen Taschen rückwärts und dann weiter in ihren Genitalbereich.

„Hier zeigen wir, wie ein Insekt trotz der drastischen Veränderungen der Körperstrukturen, die während der Metamorphose auftreten, nützliche mikrobielle Partner beibehalten kann“, sagte die korrespondierende Autorin Dr. Laura V Flórez, Forscherin am Institut für Pflanzen- und Umweltwissenschaften der Universität Kopenhagen. „Durch die Modifikation einzigartiger „Taschen“ auf ihrem Rücken schaffen es Lagria-Käfer, ihre schützenden Symbionten zu behalten und ihre Umsiedlung während der Verpuppung zu neu entwickelten erwachsenen Organen zu erleichtern.“

Einzigartige „Gesäßtaschen“

Die Weibchen vieler Lagria-Arten tragen eine Mischung aus nützlichen Bakterien in ihren Nebendrüsen, einem Drüsenpaar neben dem Eileiter. Wenn Weibchen Eier legen, werden die Bakterien aus den Drüsen „gepresst“ und auf der Oberfläche der Eier abgelagert. Von den Bakterien produzierte Antibiotika schützen Eier, Larven und Puppen der Käfer vor Pilzen. Bei einer der hier untersuchten Arten, L. villosa, ist die größte Komponente der symbiotischen Mischung ein Stamm von Burkholderia-Bakterien namens Lv-StB, der die Gene und Zellstrukturen für die Beweglichkeit verloren hat und wahrscheinlich nicht lange im Freien überleben kann Die Käfer.

Flórez und Kollegen zeigen, dass bei weiblichen Puppen von L. villosa und L. hirta die Symbionten hauptsächlich in den drei zweilappigen Taschen auf der Rückseite des Brustkorbs leben, wo sie von den Käfern ernährt werden können. Solche „Gesäßtaschen“ bei Larven und Puppen sind bei keinem anderen Insekt bekannt. Bei weiblichen Puppen versammeln sich Symbionten auch an einer vierten Stelle, zwischen den Borsten am Hinterkopf. Die Taschen sind nur bei männlichen Puppen vorhanden und enthalten wenige oder keine Symbionten. Bei erwachsenen Weibchen leben die Symbionten ausschließlich in den Nebendrüsen, die bei Männchen fehlen.

‚Lange und kurvenreiche Straße‘

„Die Symbionten gehen von der stark exponierten Eioberfläche aus, um die Taschen auf dem Rücken der Larven und Puppen zu besiedeln. Schließlich landen sie in spezialisierten Drüsen, die mit dem Fortpflanzungssystem erwachsener Frauen in Verbindung stehen“, fasst Erstautorin Rebekka S. Janke zusammen, eine Doktorin Student an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Doch wie besiedeln die Bakterien nach der Verpuppung die Nebendrüsen? Um diese Frage zu beantworten, streuten die Autoren ungefähr 1 m fluoreszierende Polystyrolkügelchen mit einer Breite von 1,0 μm über frühe Puppen. Sie zeigen dann, dass nach dem Auftauchen die meisten dieser Perlen auf der Spitze des Abdomens landeten. Die Autoren schlussfolgern, dass die Perlen, wie vermutlich auch die Symbionten, während des Emergenzvorgangs durch Reibung in Richtung der Genitalien geschoben werden. Der Mechanismus, durch den die Symbionten dann die Nebendrüsen der Weibchen besiedeln, ist noch nicht bekannt.

„Im Erwachsenenstadium scheint der Hauptzweck der symbiotischen Organe darin zu bestehen, eine erfolgreiche Übertragung in das Eistadium und an die nächste Generation zu ermöglichen. Da nur Weibchen Eier legen, müssen männliche Erwachsene diese potenziell kostspieligen Symbionten nicht tragen und sind a Sackgasse für die Bakterien“, sagte Flórez.

Co-Autor Dr. Martin Kaltenpoth, Professor am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, fügte hinzu: „Um besser zu verstehen, wie nützliche Symbionten innerhalb und zwischen Generationen weitergegeben und erhalten werden, müssen wir identifizieren, welche Wirts- und Symbiontenfaktoren Symbionten regulieren Selektiert der Wirt zum Beispiel bestimmte Symbionten? Und durch welche Mechanismen können unbewegliche Symbionten die symbiotischen Organe besiedeln?“