Käfer riechen mit Mund und Antennen

Neben den Antennen enthalten auch die Mundtaster des Reismehlkäfers zahlreiche Nervenzellen (grün gefärbt), die der Wahrnehmung chemischer Signale dienen. (Aufnahme: Philipps-Universität Marburg/AG Schachtner. Die Abbildung darf nur im Zusammenhang mit der Berichterstattung über die zugehörige wissenschaftliche Publikation verwendet werden)

Käfer nutzen Antennen und Mundwerkzeuge, um sowohl Geruch als auch Geschmack wahrzunehmen. Das haben Biologinnen und Biologen aus Marburg und Göttingen herausgefunden, indem sie Kopf- und Gehirnstrukturen von Käfern präzise beschrieben und die Aktivität der  Gene nachwiesen, die Riechen und Schmecken ermöglichen. Das Team berichtet über seine Ergebnisse in der aktuellen Online-Ausgabe des Fachblatts BMC Biology.

Der Geruchssinn hat große Bedeutung für das Überleben und die Vermehrung der meisten Tiere: Sie folgen Duftstoffen unter anderem zu Nahrungsquellen und Paarungspartnern. „Käfer besitzen als größte Insektengruppe eine enorme ökologische und ökonomische Bedeutung“, hebt Mitverfasser Professor Dr. Joachim Schachtner hervor, der an der Philipps-Universität Marburg Neurobiologie lehrt. „Dennoch greifen die meisten Fachkolleginnen und -kollegen bislang auf andere Modellorganismen zurück, wenn sie sich mit dem Geruchssinn der Insekten beschäftigen, etwa auf Fliegen, Schmetterlinge oder die Honigbiene“, fügt Koautor Professor Dr. Ernst A. Wimmer an, Entwicklungsbiologe von der Georg-August-Universität Göttingen.

Für die aktuelle Studie nahmen die Forscherinnen und Forscher stattdessen den Rotbraunen Reismehlkäfer Tribolium castaneum unter die Lupe. Neben den Antennen verfügt Tribolium über zwei Paar Mundtaster, sogenannte Palpen. Dass die Antennen von Insekten hauptsächlich für die Duftwahrnehmung und die Mundtaster  vor allem für Geschmack zuständig sind, weiß die Wissenschaft seit langem. Das Team stellte fest, dass in den Palpen sehr viele Gene aktiv sind, die Baupläne für Duftrezeptoren enthalten. „Dieser Befund zeigt, dass bei dem Käfer die Palpen wichtiger für den Geruchssinn sind als bei anderen bisher untersuchten Insekten“, erläutert Dr. Stefan Dippel, einer der beiden Erstautoren der Studie.

Darüber hinaus sind auch Geschmacksrezeptoren gleichmäßig über Antennen und Mundwerkzeuge verteilt. „Antennen einerseits und Mundwerkzeuge andererseits sind also nicht exklusiv entweder für das Schmecken oder das Riechen der Käfer zuständig“, erklärt Dr. Martin Kollmann, der sich die Erstautorenschaft mit Dippel teilt.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten außerdem, wo die Duftinformationen verarbeitet werden. Sie entdeckten im Unterschlundbereich eine bislang unbekannte Region des Nervensystems, die Geruchssignale aus den Mundwerkzeugen aufnimmt, während die entsprechenden Signale der Antennen wie in anderen Insekten üblich im Gehirn verarbeitet werden. „Die Duftsinneseindrücke der Mundwerkzeuge und der Antennen werden im Zentralnervensystem zunächst getrennt erfasst“, deutet Wimmer die Befunde, und Schachtner betont: „Entgegen der bisherigen Auffassung scheinen neben den Antennen auch die Mundwerkzeuge eine bedeutende Rolle bei der Geruchswahrnehmung der Käfer zu spielen. Welche Rolle dies genau ist, gilt es nun weiter zu erforschen.“

Professor Dr. Joachim Schachtner lehrt Neurobiologie an der Philipps-Universität; seit 2010 amtiert er außerdem als Vizepräsident für Informations- und Qualitätsmanagement. Professor Dr. Ernst A. Wimmer leitet die Abteilung für Entwicklungsbiologie an der Georg-August-Universität Göttingen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Arbeiten zu der vorliegenden Studie durch ihr Schwerpunktprogramm 1392 („Integrative Analysis of Olfaction“).

Originalveröffentlichung: Stefan Dippel, Martin Kollmann & al.: Morphological and Transcriptomic Analysis of a Beetle Chemosensory System Reveals a Gnathal Olfactory Center, BMC Biology 2016

http://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-016-0304-z

Weitere Informationen:

Ansprechpartner:

Professor Dr. Joachim Schachtner,
Fachbereich Biologie
Philipps-Universität Marburg
Tel.: 06421 28-23414
E-Mail: joachim.schachtner@biologie.uni-marburg.de
Homepage : www.uni-marburg.de/fb17/fachgebiete/tierphysio/neurobiologie/ag-schachtner

Professor Dr. Ernst A. Wimmer,
Johann-Friedrich-Blumenbach-Institut
für Zoologie und Anthropologie
Georg-August-Universität Göttingen
Tel.: 0551-39 22 888
E-Mail: ewimmer@gwdg.de
Homepage: www.uni-goettingen.de/de/43240.html