Funktion und Entwicklung von Brunstschwielen bei männlichen Fröschen: von der Anti-Rutsch-Theorie zur Übertragung von Sexpheromonen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Lisa Maria Schulte
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531353982

Männliche sekundäre Geschlechtsmerkmale spielen bei der Fortpflanzung vieler Tierarten eine wichtige Rolle. Bei Fröschen gehören die sogenannten Brunstschwielen zu den häufigsten Merkmalen, die nur bei Männchen während der Fortpflanzungsphase zu finden sind. Diese Schwielen befinden sich an den ersten Fingern der Hand (daher auch Daumenschwielen genannt) und sind oft mit dunklen, verhornten, stachligen Epidermisprojektionen (EPs) bedeckt. Aufgrund dieser EPs wird häufig vermutet, dass die Schwielen den Männchen während der Umklammerung der Weibchen einen besseren Halt zu geben - insbesondere bei der Paarung im Wasser. Viele Arten entwickeln jedoch keine EPs, sondern glatte, helle Brunstschwielen. Während die epidermalen Strukturen (EPs vs. glatt) von Art zu Art stark variieren, enthalten die darunter liegenden dermalen Strukturen bei allen Arten spezialisierte Brutdrüsen, die pheromon- und haftproteinbildenden Drüsen anderer Amphibien gleichen. Dies deutet darauf hin, dass die Brutdrüsen an chemischer Kommunikation oder der Haftung des Männchens am Weibchen während des Amplexus beteiligt sind. Es ist es wahrscheinlich, dass die EPs und die Brutdrüsen unterschiedliche Funktionen hinsichtlich der Fortpflanzung der Tiere haben. In der hier beantragten Studie wollen wir sowohl die Funktion der Drüsen und ihrer Sekrete als auch den Zusammenhang zwischen den EPs und der Fortpflanzungsökologie der Frösche untersuchen. Hierfür schlagen wir drei Arbeitspakete vor: AP1 ist ein umfassender theoretischer Ansatz, in dem die Brunstschwielen einer phylogenetisch breitgefassten Auswahl von Arten miteinander verglichen, und die Zusammenhänge der äußeren Morphologie dieser Schwielen mit verschiedenen Aspekten der Fortpflanzungsökologie der Tiere analysiert werden. Mit diesem AP wollen wir mehr über die ökologischen und evolutiven Ursachen für die Entwicklung von Brunstschwielen mit EPs herausfinden. In AP2 konzentrieren wir uns auf die etwaige Produktion von Pheromonen und Haftproteinen in den Schwielen und versuchen artübergreifende Muster zu definieren. Hierfür beproben wir über 40 Froscharten (aus verschiedenen Familien, in gemäßigten und tropischen Breiten) und analysieren die Genexpressionsmuster der Brunstschwielen. In AP3 wenden wir dann noch einen auf die Entwicklung bezogenen Ansatz an. Anhand weniger Arten aus gemäßigten Breiten vergleichen wir, wie sich die Brunstschwielen in Bezug auf Morphologie und Genexpression (bzw. Koexpressionsnetzwerke) zwischen Brut- und Nichtbrutzeit verändern. Auf diese Weise wollen wir unser Verständnis hinsichtlich für die Fortpflanzung besonders wichtiger Strukturen und Gene vertiefen, z. B. in Bezug auf Farbgebung, Drüsengewebe, Pheromone und Haftproteine. Wir sind zuversichtlich, dass unsere Studie entscheidend dabei helfen wird, die Bedeutung von Brunstschwielen für die Paarung von Fröschen, sowohl bezogen auf die äußere Morphologie, als auch die darin produzierten Proteine und Sekrete, besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen