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Forscher machen kälteempfindliche Fruchtfliegen frosttauglich

Aminosäure Prolin in der Nahrung wirkt als Frostschutzmittel

Das richtige Futter kann Fruchtfliegen unempfindlich gegen Frost machen – obwohl ein Gefrieren für sie normalerweise den sicheren Tod bedeutet. Im Labor tschechischer Forscher überlebten kälteempfindliche Fruchtfliegenlarven, selbst wenn die Hälfte ihres Körpers zu Eis gefror. Das klappte nur, wenn sie zuvor Futter gefressen hatten, das viel von der Aminosäure Prolin enthielt. „Die Verbindung wirkt als natürliches Kälteschutzmittel“, berichten die Wissenschaftler in dem Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“.

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Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster stammt ursprünglich aus den Tropen, wird heute aber in Genetiklaboren auf der ganzen Welt gehalten. Da Drosophila natürlicherweise keine Kälte kennt, verträgt sie keinen Frost: Bei unter sechs Grad Celsius erleidet sie nach Angaben der Forscher bereits Kälteverletzungen, bei unter minus fünf Grad stirbt sie innerhalb weniger Stunden. Frost ist zudem schädlich für die meisten Wirbeltiere und einige Insekten. Besonders gefährlich sind Eiskristalle, die sich innerhalb der Zellen bilden: Ihre harten Spitzen können die Zellkomponenten verletzten und die Zellen letztlich zerstören.

Auf die Idee, den Fruchtfliegenlarven Prolin zu füttern, hat die Wissenschaftler die frostverträgliche subarktische Fruchtfliegenart Chymomyza costata gebracht: Sie überlebe sogar das Einfrieren in flüssigem Stickstoff bei minus 196 Grad Celsius. Auch Chymomyza reichert nach Angaben der Forscher Prolin in ihren Geweben an.

Prolin verhindert Eiskristallbildung innerhalb der Zellen

Das Prolin aus der Nahrung dringe in die Zellen ein und reichere sich dort an, schreiben Vladimir Kostal vom Biologischen Zentrum der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Branisovská und seine Kollegen. Hohe Konzentrationen dieser natürlichen Aminosäure sorgten dafür, dass die Flüssigkeit innerhalb der Zellen weniger stark gefriere. Eiskristalle entstehen so nur außerhalb der Zellen, wo sie weniger Schaden anrichten können. Prolin lagert sich nach Angaben der Insektenforscher auch an die Zellmembranen an. Dadurch stabilisiert es diese Schutzbarriere der Zelle.

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Prolinreiche Kost alleine reichte aber nicht: Zwar überlebten damit ein Viertel aller Larven das Einfrieren, aber die wenigsten entwickelten sich nach dem Auftauen zu erwachsenen Tieren weiter. Das geschah nur dann, wenn die mit Prolin gefütterten Larven sich vor dem Einfrieren allmählich an kühlere Temperaturen gewöhnen konnten. Dafür hielten die Forscher sie zunächst für einige Wochen bei 6 bis 11 Grad Celsius.

Drosophila-Haltung einfacher als gedacht

„Es heißt immer, Kälteanpassung bei Insekten sei hochkomplex und erfordere Umstellungen auf allen Ebenen der Biologie“, schreiben die Forscher. Aber wie ihr Experiment zeige, „reichen einfache Manipulationen aus, um Kältetoleranz in einem kälteempfindlichen Insekt zu erzeugen.“ Für Biologen, Genetiker und andere Forscher weltweit könnte die Entdeckung der tschechischen Kollegen eine große Arbeitserleichterung bedeuten: Bisher müssen sie Fruchtfliegen eines gewünschten genetischen Typs lebend im Labor aufbewahren und sich ständig um die Tiere kümmern. Es würde viel Zeit, Mühen und Kosten sparen, wenn sich Taufliegenlarven so wie Bakterien einfach in einer Gefriertruhe lagern und herausholen ließen, sobald die Forscher sie brauchen. (PNAS, 2012; doi: 10.1073/pnas.1119986109)

(PNAS, 14.02.2012 – NPO)

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