Wie der Käfermann zum Horn kommt

Soll niemand sagen, an Käfern liessen sich heute keine weitreichenden Entdeckungen mehr machen. Ganz im Gegenteil. Sie liefern möglicherweise Antworten auf Fragen, die uns schon sehr lange beschäftigen. Zum Beispiel, warum Männchen manchmal ein so ganz anderes Aussehen entwickeln als die Weibchen, obwohl sie doch mit fast der gleichen Ausstattung an Genen an den Start gehen. Onthophagus taurus zum Beispiel.

maleFurchterregend kann da der Mann aussehen, einen breiten Schild lässt er sich im Nacken über den Rücken wachsen, zwei gewaltige Hörner können sich darüber biegen und mit seinen vielen Borsten sieht der Kerl ziemlich grimmig aus. Das Weibchen dagegen schon fast zierlich, mit allem dran, ohne sperrigen Halsschild.

Onthos war für die alten Griechen ein Haufen Kot, phagus kommt von Griechisch phagein = Fressen, lateinisch taurus = Stier deutet auf seine Hörner. Ein Mistkäfer ist Onthophagus taurus und zählt in der grossen Familie der Blatthornkäfer in die Unterfamilie der Scarabaeineae, in der sich die «echten Mistkäfer» vereinen.

Tatsächlich leben die Sechsbeiner ziemlich gut von Dung. Unter einem schönen Haufen graben die Weibchen Gänge, an deren Ende sie Kugel an Kugel reihen werden, mit je einem kleinen Kämmerchen drin, in dem das Ei sich ganz allein im kugligen Proviant zur Larve entwickeln kann. Da ist praktisch, dass weder Halsschild noch Hörner das Weibchen am raschen Fortkommen im Tunnel hindern. Die Männchen, der Brutfürsorge zwar nicht gänzlich abgeneigt, müssen dagegen für wilde Kämpfe mit Rivalen gerüstet sein.

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Aus dem Forschungsprogramm des Moczek Labors.

Schild und Hörner helfen dem Helden beim Ringen im Dungtunnel. Man stösst und rammt sich, die Beine in die Wände gestemmt, schiebt und zieht, bis einer unterliegt. Meist gewinnt der länger Gehörnte den Zweikampf und wirft den Rivalen aus der Höhle, um sich dann – Lohn darf sein – mit dem fleissigen Weibchen zu paaren und ein bisschen am Tunnel zu bauen. Dabei muss auch der siegreiche Onthophagus seine Komplexaugen und Sinne immer nach lästigen neuen Freiern offen halten.

Fragt sich nun, wie denn ein so massiv unterschiedlicher Körperbau mit fast dem gleichen Satz an Genen hervorgebracht wird. Armin Moczek arbeitet mit seiner Gruppe an der Indiana University in Bloomington mit Onthophagus-Käfern. Weil sie eben so schöne Hörner haben. Die sind, so weiss Moczek, nicht beiläufig aus Antennen oder anderem entstanden, sondern als Waffe eine echt neue Errungenschaft. Und die wird nur beim Mann gross gebaut und gereckt.

Dank eines «i5k» genannten Riesenprojekts der Insektenforschung, wo sich seit 2011 weltweit Forschende vorgenommen hatten, die ­genetische Information oder die Genome von mindestens 5000 Insekten aufzuklären, ist auch das Mistkäfer-Genom ein offenes Buch. Jetzt kann man in Bloomington die Gene sozusagen bei der Arbeit verfolgen. Dabei sieht das Moczek-Team beim Hörnerbau ein «Doublesex» (oder dsx) getauftes Chef- oder Master-Gen am Werk. Es spielt auch bei der Taufliege Drosophila eine Rolle. Doublesex wirke, so schreiben Armin ­Moczek, Eduaro Zattara und die Postdoktorandin und Erstautorin Cris Ledón-Redig fast überrascht in „Nature Communications“, an gut 1000 Orten beim Männchen, 250 beim Weibchen, meist an verschiedenen. Nur wenn es um die Hornbildung geht, greift dsx bei beiden am gleichen Ort an – mit gegensätzlichem Effekt, wie wir wissen. Das Doppelsex-Gen moduliert die gleiche Anlage zu spektakulär verschiedenem Resultat. Blockiert man dsx, werden Mann und Frau mittel bis schwach gehörnt. So haben die Skarabäer beide Varianten als Möglichkeit, zu beider Nutzen wird das kunstvoll moduliert.

Ist als Hick-up in der Basler Zeitung vom Dienstag, 28.Februar 2017 erschienen
PS: Das Moczek Lab ist auch engagiert in Aktivitäten mit Kindern, Heranwachsenden und Erwachsenen. Das Outreach-Programm ist beeindruckend vielfältig und teilt mit der interessierten Öffentlichkeit den „Überfluss an Wissen in der Insektenkunde und – Wissenschaft“. Das Programm findet sich hier.
Ein Beispiel einer Kursunterlage kann man hier sehen.
Interessant, was Armin Moczek zur Aufgabe sagt, Kindern solche eigentlich komplizierten Vorgänge verständlich zu machen. Wir zitieren:

The Science of Teaching and Learning: Developing novel approaches to teach and learn complex systems through embodied play and computer simulations

Our research emphasis on the biology of insects and complex traits has permitted me to engage in a very different, but nevertheless incredibly stimulating collaboration, with two colleagues at IU’s School of Education, Drs. Kylie Peppler and Joshua Danish. Our work is designed to test and, ultimately, overcome current paradigms for our understanding of how young children learn and understand complex systems, self organization, and emergent properties. Most generally, we assume that young children cannot understand such systems as it is already difficult for adults to comprehend how order, organization, or efficiency emerge out of the seemingly random interactions of a large number of component parts and in the absence of a central organizer (e.g. the internet, whole-body physiology, food webs, global economy, etc.). In a pilot study, our work has generated sufficient data to demonstrate that (a) young children are completely capable to quickly understand complex systems and to apply this knowledge in practice, but (b) to achieve such an understanding learning strategies must be employed that take advance of children’s natural tendencies to make sense of the work around them. Specifically, we focused our analyses on complex biological systems, in particular honey bee foraging behavior, where order and efficiency on the level of a hive emerge from the seemingly random interactions on thousands of individually foraging and interacting bees. In addition, we have recently branched into additional systems, such as biological food webs. To do so we focus on the power of (a) computer simulations presented on smart boards where children – using an outside perspective – manipulate system properties (such as the nature of interactions between individual bees, or nature and patterns of resource availability in the field) – and form predictions on how the system should behave, which are then tested immediately. Second, we utilize (b) embodied play approaches, i.e. in our case children wear computer enhanced bee costumes and through guided play experience honey bee foraging behavior from a first-person perspective: children become bees who interact, whose costume computers keep track of the type and frequency of these interactions (i.e. number of visits to electronically enhanced flowers that did or did not have a chance to refill with nectar yet), and whose social interactions (e.g. whether or not bees are allowed to talk or gesture to each other) determine the efficiency of the hive (i.e. the classroom, working together) as a whole. This  collaboration is currently funded by a multi-year grant from NSF’s Cyber Learning Initiative.

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