Koevolution in einer Symbiose: Vergleichende Phylogenie solitärer Grabwespen und ihrer endosymbiontischen Bakterien
Final Report Abstract
Bienenwölfe der Gattung Philanthus stellen eine der faszinierendsten Gruppen innerhalb der Grabwespen, ja sogar innerhalb der Insekten dar, denn sie zeigen eine Kombination ungewöhnlicher Anpassungen und Verhaltensweisen. Bienenwolfweibchen fangen und lähmen Honigbienen als Nahrung für ihre Nachkommen. Da die Beute in den unterirdischen Brutzellen stark von Schimmelbefall bedroht ist, tragen die Weibchen große Mengen eines Sekrets auf die Beute auf, das Wasserkondensation auf der Beute vermindert uns so auf einfache Weise Schimmelwachstum verzögert. Außerdem besitzen Weibchen in ihren Fühlern einzigartige Drüsen, in denen sie symbiotische Bakterien der Gattung Streptomyces kultivieren und in die Brutzelle abgeben. Die Larven nehmen die Bakterien auf und spinnen sie in ihren Kokon ein, wo die Symbionten dann ein Gemisch von neun Antibiotika produzieren, die die Bienenwolfnachkommen vor Pilzen und Bakterien schützen. Bienenwolfmännchen zeigen darüber hinaus ein auffälliges Territorialverhalten, was das Markieren des Reviers mit außergewöhnlich großen Mengen eines Sexualpheromons zur Anlockung von Weibchen einschließt. Um zu untersuchen, wann und wie diese besonderen Eigenschaften im Laufe der Evolution entstanden und sich weiterentwickelten, fertigten wir mit Hilfe von Gensequenz-Daten einen Stammbaum der Unterfamilie an, zu denen die Bienenwölfe gehören. Außerdem untersuchten wir nah verwandte Gattungen daraufhin, ob auch diese eine Symbiose mit Bakterien zeigen. Nur bei zwei weiteren Gattungen, nämlich Trachypus und Philanthinus fanden wir die entsprechenden Drüsen in den Fühlern der Weibchen und auch die symbiotischen Bakterien. Da diese beiden Gattungen zusammen mit Philanthus eine monophyletische Gruppe, einen so genannten Tribus bilden, war klar, dass die Symbiose an der Basis dieses Tribus evoluiert sein musste. Mit den Daten, die dem Stammbaum zugrunde lagen, konnten wir sogar berechnen, dass dieses Ereignis vor ca. 65-97 Millionen Jahren stattgefunden haben muss. Besonders interessant war der Vergleich des Stammbaums der Bienenwölfe mit dem ihrer symbiotischen Bakterien. Wegen der Übertragung der Bakterien von der Mutter auf die Töchter, würde man exakt spiegelbildliche Stammbäume erwarten. Dies war aber eindeutig nicht der Fall. Im Gegenteil fanden wir klare Hinweise dafür, dass Bakterien einige Male von einer Bienenwolfart auf eine andere übergegangen sind. Wie dieser erstaunliche Austausch passierte, wissen wir noch nicht. Es zeigt aber, dass es Prozesse der Ausbreitung von Bakterien geben muss, die bisher noch gar nicht verstanden sind, die aber von großem Interesse nicht nur für Evolutionsbiologen und Ökologen sondern auch für Mikrobiologen und möglicherweise sogar für Mediziner sind.
Publications
- (2010). Symbiotic streptomycetes in antennal glands of the South American digger wasp genus Trachypus (Hymenoptera, Crabronidae) Physiological Entomology 35, 196-200
Kaltenpoth M, Schmitt T, Polidori C, Koedam D, Strohm E
- (2010). Symbiotic streptomycetes provide antimicrobial combination prophylaxis for wasp offspring. Nature Chemical Biology 6: 261-263
Kroiss J, Kaltenpoth M, Schneider B, Schwinger M, Hertweck C, Maddula R, Strohm E, Svatoš A
- (2012). Refining the roots of the beewolf-Streptomyces symbiosis: Antennal symbionts in the rare genus Philanthinus (Hymenoptera, Crabronidae). Applied and Environmental Microbiology 78 (3): 822-827
Kaltenpoth M, Yildirim E, Gürbüz M, Herzner G, Strohm E
(See online at https://doi.org/10.1128/AEM.06809-11)
