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Sonntag, 25.09.2016
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Hummeln: Schwache Abwehr gegen Gifte

Entschlüsselung des Hummel-Genoms liefert überraschende Einblicke

Die Gene verraten es: Hummeln haben ein überraschend schwaches Immunsystem, wie die erste komplette Entschlüsselung des Hummel-Erbguts nun zeigt. Auch mit Giften kann ihr Körper demnach schlechter umgehen als der anderer Insekten. Das könnte erklären, warum gerade Hummeln und Honigbienen so empfindlich auf viele Pestizide reagieren, wie die Forscher im Fachmagazin "Genome Biology" berichten.
Hummel auf einer Blüte

Hummel auf einer Blüte

Wie die eng verwandten Honigbienen auch, sind die Hummeln wichtige Bestäuber für Blumen, aber auch Nutzpflanzen. Doch durch Monokulturen und vor allem Pestizide sind auch sie bedroht. Dabei besitzen die einst als zu pummelig zum Fliegen geschmähten Hummeln hochentwickelte Fähigkeiten: Sie finden Blüten per Elektro-Sinn, finden geschickt die kürzeste Route zum Futter und überfliegen sogar den Mount Everest.

Zwei Hummelarten im Gentest


Um mehr über Fähigkeiten, aber auch Bedrohung der Hummeln zu erfahren, hat ein internationales Forscherteam nun das Erbgut von zwei häufigen Hummelarten, der europäischen Erdhummel, Bombus terrestris, und der amerikanischen Bombus impatiens, entschlüsselt. Das Ergebnis verglichen die Forscher mit dem Genom der Honigbiene und anderer Insekten. Sie interessierte dabei besonders, wie sich die unterschiedliche Lebensweise – hochkomplexer Bienenstaat gegenüber halb-solitärer Lebensweise bei den Hummeln – in den Genen der Tiere widerspiegelt.

Das Ergebnis: Wie erwartet, gleichen sich die Genome der beiden Hummelarten stark. Sie umfassen jeweils rund 249 Millionen Basenpaare und enthalten relativ wenig wiederholte Sequenzen, wie die Forscher berichten. Auf den 18 Chromosomen der Hummeln liegen 20.000 proteinkodierende Gene – das ist nicht viel weniger als der Mensch mit 22.500 Genen.


Auffallend wenig Immungene


Besonders auffallend aber: Die Gene, die für das Immunsystem zuständig sind, sind bei den Hummeln eher knapp bemessen. Sie umfassen nur rund 150 Gene und damit fast ebenso wenig wie die Honigbienen. Letztere allerdings machen diese individuelle Schwäche in der Abwehr durch ihren hochorganisierten Staat wieder wett. Warum die Hummeln ebenfalls nur so wenige Immungene besitzen, ist noch unklar. "Das deutet darauf hin, dass dies nicht spezifisch für die eusozialen Honigbienen ist, sondern eine grundlegende Eigenschaft der gesamten Bienenverwandtschaft", so Ben Sadd von der Illinois State University und seine Kollegen.

Sie vermuten, dass die Ernährung der Bienen und ihrer Verwandten eine entscheidende Rolle dafür spielt: Sowohl Hummeln als auch Honigbienen fressen Nektar und Pollen – und nutzen damit eher saubere Nahrungsquellen. Demgegenüber kommen beispielsweise Fliegen viel häufiger mit verfaulten oder stark verkeimten Oberflächen in Kontakt. Das könnte erklären, warum diese sehr viel mehr Immungene besitzen.

Wenig Schutz vor Krankheiten und Giften


In der heutigen Zeit allerdings wird das eher schwache Immunsystem den Hummeln immer mehr zum Verhängnis. Denn sie haben Bienenparasiten wie dem Einzeller Nosema und Virenerkrankungen wenig entgegenzusetzen. Immer häufiger stecken sie sich bei Honigbienen an und dies trägt ebenfalls zum Rückgang der Hummelpopulationen bei.

Doch nicht nur das schwache Immunsystem macht den Hummeln das Leben schwer: Die Forscher fanden auch nur wenige Gene, die die Entgiftung des Körpers regeln. "Das hat Konsequenzen für ihre Fähigkeit, mit neuen Umweltgiften wie den Insektiziden umzugehen", so die Wissenschaftler. Weil ihr Körper Gifte nur schwer wieder ausscheiden oder unschädlich machen kann, sind die Hummeln und auch Honigbienen besonders anfällig für Pestizide.

Hummeln schmecken, Bienen riechen


Aber neben den Gemeinsamkeiten gibt es auch einige klare Unterschiede zwischen Bienen und Hummeln. So besitzen Hummeln mehr Gene für den Geschmackssinn, aber weniger für den Geruch als die Honigbienen. Die Erklärung liegt im Verhalten der Insekten: Hummeln vertrauen bei der Nahrungssuche auf ihren Geschmack, sie testen jede Blüte mit ihrer Zunge. Honigbienen vertrauen hingegen auf ihren Geruchssinn, um die richtige Nahrung zu finden.

Auch das weniger komplexe Sozialverhalten der Hummeln hat Spuren im Genom hinterlassen – allerdings etwas anders als es die Forscher erwartet hätten. Denn in Bezug auf Gene für Sozialverhalten sind sich Hummeln und Honigbienen überraschend ähnlich. Dafür fanden die Forscher unterschiedliche Sätze von Mikro-RNAs. Diese RNA-Schnipsel regulieren die Genaktivität, indem sie Gen-Abschriften blockieren. Sie machen daher vermutlich aus einem wenig sozialen Insekt wie der Hummel ein hochsoziales Wesen wie die Honigbiene. (Genome Biology, 2015; doi: 10.1186/s13059-015-0623-3)
(Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich), 27.04.2015 - NPO)
 
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