Quantensprung
Evolutionsforschung: So werden Königinnen gemacht

Aus den allermeisten Bienen-Larven entstehen sterile Arbeiterinnen. Nur diejenigen unter ihnen, die einen besonderen Futtersaft bekommen, werden zur Königin. Seit kurzem erst beginnen Forscher nun zu verstehen, wie durch das sogenannte Gelée Royale die Umprogrammierung der Larven von der Arbeiterin zur Königin funktioniert.
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Soziale Insekten haben schon Charles Darwin großes Kopfzerbrechen bereitet. Wie konnten seine Ideen des Konkurrenzkampfes und der evolutionären Konsequenzen des unterschiedlichen Fortpflanzungserfolgs zutreffen, wenn die meisten Ameisen und Bienen sich überhaupt nicht fortpflanzen? Warum sollten Insekten aufopferungsvoll für ihre Königin arbeiten, dem einzigen Weibchen des Volkes, das Eier legt? Evolutionsbiologisch scheint das nicht sinnvoll zu sein. Aber dieses Phänomen ist, wie wir heute wissen, nur auf den ersten Blick paradox.

Der Oxforder Evolutionsbiologe William Hamilton, der vor einigen Jahren zu früh an Malaria starb, zeigte, dass dieses Verhalten mit „inklusiver Fitness“ erklärt werden kann: Ein Individuum muss sich nicht zwangsläufig selbst fortpflanzen, damit seine Gene in der nächsten Generation repräsentiert sind. Es kann dies auch durch die Unterstützung von Verwandten erreichen, die viele identische Gene besitzen. Durch scheinbaren Altruismus können so gegebenenfalls mehr verwandte Gene in die nächste Generation gebracht werden, als wenn sich jedes Individuum selbst fortpflanzte.

Bei sozialen Insekten kommt noch ein besonderes Vererbungssystem hinzu – Haplodiploidie: Die Männchen haben nur einen Chromosomensatz, aber die Weibchen zwei. Die Königin wird beim Jungfernflug von einer oder mehreren Drohnen befruchtet. Sie speichert den Samen bis an ihr Lebensende. Aus unbefruchteten Eiern, die die Königin einmal im Jahr legt, werden Männchen, aus befruchteten weibliche Bienen. Das bedeutet, dass Schwestern zu 75 Prozent genetisch identisch sind und nicht wie bei uns zu 50 Prozent. Aus den allermeisten Larven werden sterile Arbeiterinnen. Nur Larven, die einen besonderen Königinnenfuttersaft – das Gelée Royale – bekommen, werden zur Königin.

Seit kurzem beginnen wir zu verstehen, wie durch das Gelée Royale die Umprogrammierung der Larven von der Arbeiterin zur Königin funktioniert. Eine wichtige Rolle dabei spielt das Gen Dnmt3, eine „DNS-Methyltransferase“. Die Aktivität von Dnmt3 wird durch das besondere Königinnenfutter heruntergefahren. Wenn dieses Gen experimentell künstlich blockiert wurde, entwickelten sich aus so behandelten Bienenmaden bevorzugt Königinnen und nicht Arbeiterinnen. Obwohl die genetische Information im Prinzip identisch bleibt, kann so durch „Methylierung“ der DNS die Ablesbarkeit eines Teils der genetischen Information geändert werden. Es ist ein „über-genetischer“, ein epigenetischer Mechanismus, der aus der Arbeiterin eine Königin macht.

Geboren werden auch Königinnen als Arbeiterin – zumindest bei Bienen. Darwin wäre entzückt.

wissenschaft@handelsblatt.com

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