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Genetische Studie zu Hausstaubmilben zeigt Umkehrbarkeit der Evolution

10.03.2013 22:57

Autor: Jim Erickson, University of Michigan, 08.03.2012
Übersetzung: BrunO

Elektronenmikroskopische Aufnahme einer amerikanischen Hausstaubmilbe
© Foto: G. Bauchan und R. Ochoa
Ann Arbor (Michigan) – In der Evolutionsbiologie gibt es eine fest verwurzelte Grundannahme, daß sich nichts dahin zurück entwickelt, wo es schon einmal war: Sobald ein Organismus speziell angepaßte Eigenschaften entwickelt hat, kann er nicht mehr zur Lebensweise seiner Vorfahren zurück kehren.

Diese weit verbreitete Vorstellung hat sogar einen Namen. Die Dollosche Regel besagt, daß die Evolution unidirektional und unumkehrbar ist. Doch dieses “Gesetz” wird nicht überall akzeptiert und ist unter Biologen Gegenstand hitziger Debatten.

Nun hat ein von zwei Biologen der Universität von Michigan geleitetes Forscherteam eine genetische Großstudie zur gemeinen Hausstaubmilbe genutzt, um ein Exempel einer reversiblen Entwicklung aufzudecken, das offenbar mit der Dolloschen Regel nicht vereinbar ist.

Die Studie belegt, daß sich jene winzigen, frei lebenden Hausstaubmilben, die sogar in den Matratzen, Sofas und Teppichen der allersaubersten Wohnungen gedeihen, aus Parasiten entwickelt haben, welche sich vor Jahrmillionen ihrerseits aus frei lebenden Organismen entwickelten.

“Alle unsere Analysen zeigten eindeutig, daß Hausstaubmilben einen parasitären Lebensstil aufgegeben haben, erneut frei lebend wurden und sich dann auf zahlreiche Habitate einschließlich des menschlichen spezialisierten”, berichten Pavel Klimov und Barry OConnor aus der Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie der Universität von Michigan.

Das Journal Systematic Biology veröffentlicht[e] ihre Arbeit “Ist permanenter Parasitismus umkehrbar? – Kritische Belege aus der frühen Evolution von Hausstaubmilben” am 8. März [2012].

Milben sind mit Spinnen verwandte Arachniden (beide haben acht Beine) und gehören zu den vielfältigsten Tierarten der Erde. Hausstaubmilben aus der Familie Pyroglyphidae sind die häufigste Ursache allergischer Symptome beim Menschen, wovon bis zu 1,2 Milliarden Menschen betroffen sind.

Trotz ihrer schweren Folgen für die menschliche Gesundheit sind die evolutionären Verwandschaften zwischen diesen staubkorngroßen Kreaturen unzureichend erforscht. Nach Aussage von Klimov und OConnor gibt es 62 verschiedene veröffentlichte Hypothesen, die sich darüber streiten, ob die heutigen frei lebenden Staubmilben von einem frei lebenden Vorfahren abstammen oder von einem Parasiten – ein Organismus welcher auf oder in einer Wirtsart lebt und seinen Wirt schädigt.

In ihrer Studie haben Klimov und OConnor alle 62 Hypothesen untersucht. Ihr Projekt stützte sich auf Massen-DNA-Sequenzierung, die Erstellung detaillierter Evolutions-Stammbäume, sogenannte Phylogenien und komplexe statistische Analysen, um die Hypothesen über die Abstammungsökologie von Hausstaubmilben zu überprüfen.

Auf dem von ihnen erstellten phylogenetischen Stammbaum erscheinen Hausstaubmilben innerhalb einer großen Abstammungslinie parasitärer Milben, der Psoroptidia. Diese Milben sind Dauerparasiten von Vögeln und Säugetieren, welche den Körper ihres Wirtes nie verlassen. Die Analyse der Universität Michigan zeigte, daß zu den unmittelbaren Vorfahren der Hausstaubmilben Hautmilben gehören, wie z.B. die psorotischen Krätzmilben aus der Tierhaltung oder die Ohrmilben von Hunden und Katzen.

“Dieses Ergebnis war so überraschend daß wir beschlossen, unsere Kollegen zu kontaktieren, um ihre Meinung zu hören, bevor wir diese Daten zur Veröffentlichung übermitteln”, sagte Klimow, Hauptautor der Studie und Forschungsassistent der Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie.

Das Ergebnis war vor allem deshalb so überraschend, weil es der etablierten Vorstellung widersprach, daß hoch spezialisierte Parasiten nicht zu der frei lebenden Lebensweise ihrer Vorfahren zurück kehren können.

“Parasiten können schnell hochspezialisierte Mechanismen zur Ausbeutung des Wirtes entwickeln und ihre Fähigkeit verlieren, außerhalb des Wirtskörpers zu funktionieren”, sagte Klimow. “Oft kommt es bei Ihnen zur Degradierung oder zum Verlust vieler Gene, da deren Funktionen in einer üppigen Umgebung, in der die Wirte sowohl Lebensraum und Nahrung bieten, nicht mehr benötigt werden. Viele Forscher des Fachgebietes sehen eine solche Spezialisierung als entwicklungsgeschichtlich unumkehrbar an.”

Die Ergebnisse der Universität Michigan sind auch für die Human-Gesundheit von Bedeutung, sagte OConnor, ein Professor der Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie und Kurator für Insekten und Arachniden des Museums für Zoologie der Universität Michigan.

“Unsere Studie ist ein Beispiel, wie das Stellen einer rein akademischen Frage viele praktische Anwendungen zu Folge haben kann”, sagte er. “Über die phylogenetischen Verwandschaften von Hausstaubmilben Bescheid zu wissen, könnte Einblicke in die allergischen Eigenschaften ihrer Proteine verschaffen, die Immunreaktionen auslösen, als auch in die Entwicklungsgeschichte von Genen die Allergene kodieren.”

Das Projekt begann 2006 mit einer Förderung der National Science Foundation. Der erste Schritt bestand darin, Exemplare vieler frei lebender und parasitärer Milben aufzutreiben – keine einfache Aufgabe, da manche Milbenarten weltweit nur im Zusammenhang mit seltenen Säugetieren oder Vögeln vorkommen.

Das Forscherteam war auf ein Netzwerk von 64 Biologen in 19 Ländern angewiesen, um Exemplare zu bekommen. Zusätzlich unternahmen Klimov und OConnor Forschungsreisen nach Nord- und Südamerika, Europa, Asien und Afrika. In einem Fall dauerte es zwei Jahre, um Proben einer wichtigen Art zu erhalten, die afrikanische Vögel befallen.

Insgesamt wurden etwas 700 Milbenarten für die Studie gesammelt. Für die genetische Analyse wurden für jede Art die selben fünf Kern-Gene sequenziert.

Wie mag es zum ökologischen Wechsel vom parasitären zum frei lebenden Zustand gekommen sein?

Es bestehen kaum Zweifel daran, daß frühe frei lebende Staubmilben Nestbewohner waren – die Nester von Vögeln und Säugetieren sind das Haupt-Habitat aller moderner frei lebender Arten der Pyroglyphidae-Familie. Klimov und OConnor vertreten die These, daß eine Kombination mehrerer Eigenschaften ihrer parasitären Vorfahren wichtig dafür waren, daß sie das dauerhafte Parasitentum aufgeben konnten: Toleranz gegenüber geringer Feuchtigkeit, die Entwicklung wirksamer Verdauungsenzyme, die es ihnen erlaubten, sich von Haut und Keratin-Materialien zu ernähren (die das Protein Keratin enthalten, das in menschlichem Haar und in Fingernägeln vorkommt), sowie eine niedrige Spezifität der Wirte mit häufigen Wechseln zu nicht verwandten Wirten.

Diese Eigenschaften, die bei fast allen parasitären Milden vorhanden sind, waren sicher wichtige biologische Vorstufen, die es Milbenpopulationen ermöglichten, in den Nestern der Wirte zu gedeihen, trotz geringer Feuchtigkeit, Mangel und Nahrungsressourcen niedriger Qualität, wie Klimov und OConnor erläutern. Beispielsweise erlaubten wirksame Enzyme diesen Milben, schwer verdauliche Schuppen aus Keratin von Federn und Haut zu verzehren.

Mit Beginn der menschlichen Zivilisation, könnten nestbewohnende Pyroglyphiden die Nestern von Vögeln und Nagetieren, die im Umkreis der menschlichen Behausungen lebten, gegen die Unterkünfte der Menschen getauscht haben. Nachdem die Milben nach drinnen umgezogen waren, wurden sie durch ihre mächtigen Verdauungsenzyme und andere Immunreaktionen auslösende Moleküle in ihrem Körper zu einer Hauptquelle für menschliche Allergien.


Diese Forschungsarbeit wurde von der National Science Foundation gefördert und profitierte in Teilen von Untersuchungsexemplaren, die vom Field Museum’s Emerging Pathogens Project gesammelt wurden, das von der Davee Foundation und dem Dr. Ralph and Marian Falk Medical Research Trust finanziert wird. Die molekulare Arbeiten wurden im Genomic Diversity Laboratory des Museum of Zoology der Universität von Michigan durchgeführt.


Copyright:

Alle Rechte für den Originaltext “Genetic study of house dust mites demonstrates reversible evolution” und für diese Übersetzung verbleiben bei der Universität von Michigan. Ich danke für die Erlaubnis, diesen Text übersetzen und hier veröffentlichen zu dürfen. Diese Übersetzung unterliegt nicht dem Lizenzmodell dieses Blogs und ist keine offizielle Übersetzung.


Links zu den Leitern der Studie:

Pavel Klimov
Barry OConnor


Der Autor dieses Berichts kann über einen Link über dem Originaltext angeschrieben werden.


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Erstellt: 10.03.2013 22:57
Geändert: 10.03.2013 22:57
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