Erforschung der inneren Uhr von europäischen und invasiven Insekten
So gut wie alle Lebewesen auf der Erde werden durch ihre innere Uhr gesteuert, d. h. natürliche biologische Rhythmen, die alle Aspekte der Physiologie und des Verhaltens modulieren. Die am meisten erforschte Form ist der zirkadiane 24-Stunden-Rhythmus, der sich entwickelte, um den regelmäßigen Wechsel von Tag und Nacht zu antizipieren, der durch die Rotation der Erde um ihre Achse auftritt. Die jüngsten Muster der globalen Klimaveränderungen bedeuten, dass tropische Insekten sich verstärkt in Europa ausbreiten werden. Viele davon sind Schädlinge oder potenzielle Krankheitsvektoren. Vor diesem Hintergrund ist es besonders wichtig, die innere Uhr dieser Insekten zu erforschen und herauszufinden, wie diese sich mit der Umwelt synchronisiert. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CINCHRON führten Forschende eine Reihe von Experimenten durch, um mehr darüber zu herauszufinden, wie die innere Uhr auf molekularer und neuronaler Ebene auf die Umweltreize Licht und Dunkel sowie Wärme und Kälte reagiert. Die Studie konzentrierte sich in erster Linie auf das Modellinsekt Drosophila, da hierfür ein Repertoire an molekulargenetischen Werkzeugen zur Verfügung steht. „Mit der Erderwärmung vergrößern landwirtschaftliche und medizinisch bedeutende Schädlinge wie Steckmücken ihre geografische Reichweite“, erklärt Charalambos Kyriacou, Professor für Verhaltensgenetik an der Universität Leicester. „Wir müssen besser verstehen, wie ihre zirkadianen Verhaltensantworten und die damit zusammenhängenden jahreszeitbedingten Hibernationsantworten sich bei der Anpassung an neue Temperaturumgebungen verändern“, fügt er hinzu.
Die innere Uhr der Insekten verstehen lernen
Das Projekt CINCHRON, das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde, verfolgte mehrere Hauptziele, so zum Beispiel die Ausweitung der Forschung zur biologischen Uhr auf Insekten von wirtschaftlicher Bedeutung. Dazu zählen zum Beispiel: die parasitische Wespengattung Nasonia vitripennis, die als biologisches Bekämpfungsmittel eingesetzt werden kann, um Schädlingsarten zu parasitieren und zu töten; die Erbsenblattlaus Acyrthosiphon pisum, die Erbsen und Alfalfa stark befällt, und die Olivenfruchtfliege Bactrocera oleae, die Olivenbäume angreift. „Wir untersuchten auch zwei Insekten, die als Nützlinge bedeutend sind – die Seidenraupe und die Hummel“, so Kyriacou. Das zweite Hauptziel des Projekts bestand darin, eine neue Gruppe von Promovierenden in Verfahren der Molekularbiologie und vergleichenden Neurogenetik auszubilden.
Neue Erkenntnisse über die Chronobiologie von Insekten
Das Team von CINCHRON konnte in vier Schwerpunktbereichen wichtige Ergebnisse erzielen: der zirkadianen, der saisonalen, der metabolischen und der wirtschaftlich relevanten Chronobiologie. Im Hinblick auf die zirkadiane Chronobiologie erzielten die Forschenden erhebliche Fortschritte im Verständnis über die sogenannte Temperaturkompensation, d. h. darüber, wie die tägliche innere Uhr ihre Zyklen bei unterschiedlichen Temperaturen aufrechterhält. „Einfach gesagt, ticken bestimmte Neuronen der Taufliege bei hohen Temperaturen schnell, während andere bei kalten Temperaturen schneller ticken. Wenn sie miteinander kommunizieren, wird dadurch also ein kompensierter stabiler 24-Stunden-Zeitraum mit unterschiedlichen Temperaturen generiert“, erklärt Kyriacou. Hinsichtlich der saisonalen Biologie fanden sie heraus, dass Insekten in Skandinavien ein flexibleres zirkadianes Verhalten aufwiesen als in Südeuropa und sich problemlos an die extremen thermischen Verhältnisse und jahreszeitbedingten Lichtregime anpassen konnten. Diese gelockerte Steuerung der zirkadianen Uhr wäre für invasive Arten, die sich an extremere Umgebungen anpassen, von Vorteil.
Eine neue Generation von Insektenforschenden wird geformt
Mit den Finanzmitteln wurden 15 neue Promovierende für die Forschung auf dem aufstrebenden und bedeutenden Gebiet der vergleichenden molekularen Insektenchronobiologie ausgebildet. Es wurden bereits 17 Arbeiten von der Gruppe veröffentlicht. „Die EU-Finanzierung dient in erster Linie dazu, junge Menschen in einem Feld auszubilden, das sowohl akademisch als auch wirtschaftlich immer mehr Fahrt aufnimmt“, merkt Kyriacou an. „Ein positiver Nebeneffekt sind die Forschungsergebnisse, die für die beteiligten Laboren in Form von Publikationen entstehen.“
Schlüsselbegriffe
CINCHRON, Insekten, Chronobiologie, zirkadian, Rhythmus, zirkadianer Rhythmus, Klimawandel, genetisch, Werkzeuge