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© R. JASON PITTS
„Diese Experimente liefern handfeste Indizien dafür, dass die Rezeptoren für den Reproduktionsprozess der Mücken gebraucht werden“ schließt Zwiebel aus den Beobachtungen. Vermutlich gelte das auch für die meisten anderen - wenn nicht alle - Insektenarten, denn seine Forschungsgruppe fand die Rezeptoren auch in den Spermien von Fruchtfliegen, Juwelwespen und asiatischen Tigermücken. Für eine Reihe weiterer Spezies stehen die Ergebnisse noch aus.
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Mittel gegen Malaria?Mückensperma kann riechen
06.02.2014 · Der Samen von Stechmücken besitzt Geruchsrezeptoren, die man bisher nur aus ihren Riechorganen kannte. Ein neuer Ansatz zur Bekämpfung der Krankheitsüberträger?
Von WOLFGANG DÄUBLE
Sie riechen, wo es lang geht: Insektenspermien können Duftstoffe aus Ihrer Umgebung wahrnehmen. Die kaulquappenförmigen Zellen besitzen die dafür nötige Sensorik in ihrem Schwanz, berichten Forscher der US-amerikanischen Vanderbilt University in den „Proceedings“ der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften. Bisher wurden die hochsensiblen Geruchsrezeptoren – manche Insektenarten brauchen nur wenige Moleküle, um einen Duft zu erkennen – nur in den Zellen der Riechorgane von Insekten gefunden. „Zum ersten Mal haben wir nun funktionsfähige Rezeptoren in nicht-sensorischen Zellen nachgewiesen. Das könnte unsere Vorstellung davon, wie die Fortpflanzung in Insekten reguliert wird, von Grund auf ändern“, meintLaurence Zwiebel, Leiter der Studie.
Ihre Entdeckung verdanken die Wissenschaftler dem Zufall. Um bessere Abwehrmittel für Mosquitos zu entwickeln, untersuchten sie den Geruchssinn der Stechmücke Anopheles gambiae, einer der Hauptüberträgerinnen der Malaria. Ihnen fiel dabei auf, dass in männlichen Tieren einige Gene für Geruchsrezeptoren aktiv waren, die eigentlich nur von Weibchen benutzt werden. Bei weiteren Untersuchungen ließ sich diese Genaktivität auf das Hodengewebe einschränken. Mit hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie konnten sie schließlich zeigen, dass die Rezeptoren von den Samenzellen der Mücken gebildet werden.
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Samenzelle einer Stechmücke. Der Zellkern wurde mit Propidiumiodid rot eingefärbt.
Ähnliche Evolution wie bei Säugetieren
Sperma mit Geruchssensoren war bis dahin nur von Säugetieren, einschließlich dem Menschen, bekannt. Dass die Rezeptoren auch in den Samenzellen von Insekten zu finden sind, ist nach Meinung der Forscher ein beeindruckendes Beispiel für konvergente Evolution – der unabhängigen Entwicklung von ähnlichen Eigenschaften in verschiedenen Spezies. Die Rezeptoren der Warmblüter unterscheiden sich in ihrem Aufbau grundlegend von denen der Sechsbeiner, sie stammen also nicht von einem gemeinsamen Vorfahren ab. Dennoch übernehmen sie in beiden Tierklassen ähnliche Aufgaben, sowohl in den Riechorganen als auch in den Samenzellen.
Ob sie bei Säugern eine Rolle für die Fortpflanzung spielen, ist jedoch umstritten. Bei den Mosquitos konnte Zwiebel dagegen zeigen, dass sich die Schwimmbewegungen der Spermazellen mit Chemikalien steuern lassen, die an ihre Geruchsrezeptoren binden.
„Diese Experimente liefern handfeste Indizien dafür, dass die Rezeptoren für den Reproduktionsprozess der Mücken gebraucht werden“ schließt Zwiebel aus den Beobachtungen. Vermutlich gelte das auch für die meisten anderen - wenn nicht alle - Insektenarten, denn seine Forschungsgruppe fand die Rezeptoren auch in den Spermien von Fruchtfliegen, Juwelwespen und asiatischen Tigermücken. Für eine Reihe weiterer Spezies stehen die Ergebnisse noch aus.
Ein solcher Mechanismus zur Kontrolle der Spermienaktivität würde bei Insekten durchaus Sinn ergeben: Nach der Begattung werden die Samenzellen in speziellen Organen, den sogenannten Spermatheken, zwischengelagert. Hier warten sie auf den richtigen Moment für die Befruchtung der Eizellen. Je nach Art unterscheidet sich dieser Zeitpunkt: Stechmückenweibchen brauchen zunächst eine Blutmalzeit, mit der sie die nötigen Proteine für die Entwicklung ihrer Eier aufnehmen. Über die nun entdeckten Rezeptoren könnte sie den wartenden Spermien dann das Startsignal geben.
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Mückensperma unter dem Dunkelfeldmikroskop. Die Samenzellen der Plagegeister sind um ein vielfaches größer als menschliche Spermien.
Mittel gegen Krankheitsüberträger
Dieser Signalweg könnte auch dazu genutzt werden, um die Fortpflanzung der Stechmücken zu beeinflussen. Die Überträger von Tropenkrankheiten wie Malaria oder Denguefieber könnten damit dezimiert werden, hofft Zwiebel. Er konnte zeigen, dass die Spermien durch bestimmte Chemikalien, die an die Geruchsrezeptoren binden, hyperaktiv werden und den Weg zu den Eizellen nicht mehr finden. Die Idee der Wissenschaftler: Behandelt man Mückenmännchen mit solchen Stoffen, könnte man sie unfruchtbar machen.
Entlässt man die sterilen Tiere dann in großer Zahl in die freie Wildbahn, ließe sich die Zahl an Mücken drastisch reduzieren. Eine Technik, die bereits Anwendung findet - die Tiere werden dabei jedoch meist mit radioaktiver Strahlung sterilisiert. Durch die Entwicklung von Stoffen, die auf die Geruchsrezeptoren der Spermien abzielen, könnte auf die kostspieligen und nicht ungefährlichen Strahlenquellen verzichtet werden.
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