Zellen sterben ab, Wehrorgane können wachsen

Neue Studie zeigt, wie sich bei Termiten Mundwerkzeuge rückbilden, um dafür Wehrorgane entstehen zu lassen

New York / Heidelberg, 4. August 2011

Zum ersten Mal haben Forscher nachgewiesen, dass der programmierte Zelltod (Apoptose) bei Termiten dazu beiträgt, dass sich deren Mundwerkzeuge rückbilden. Bei diesem Prozess zerstören sich Zellen absichtlich, und es sieht ganz danach aus, als müssten Termiten diesen Preis einer Rückbildung zahlen, damit bei ihnen Wehrorgane entstehen können. Zu diesem Ergebnis kommen die japanischen Wissenschaftler Kouhei Toga und Kiyoto Maekawa von der University of Toyama und Shinichi Yoda von der University of Tokyo. Ihre Forschungsergebnisse sind gerade in der Online-Ausgabe der Springer-Fachzeitschrift Naturwissenschaften – The Science of Nature erschienen.

Juvenilhormone führen bei Termiten dazu, dass sie verschiedene Entwicklungsstadien durchlaufen: vom Arbeiter zu einer Art ‚Vorsoldat‘ und schließlich zum Soldaten. Dabei ändert sich ihre Körperform und -struktur einschließlich der übermäßigen Ausbildung sowie Rückbildung bestimmter Organe. Insbesondere die Termitensoldaten der Unterfamilie Nasutitermitinae besitzen einen hornförmigen Stirnzapfen (den Nasus), der chemische Abwehrstoffe versprüht, sowie rückgebildete Mandibeln.

Juvenilhormone spielen eine zentrale Rolle bei der Kastendifferenzierung. Sie führen zu einem zweifachen Häutungsprozess, bei dem sich dramatische morphologische Veränderungen vollziehen. Bisher waren die Mechanismen unbekannt, die die mandibuläre Rückbildung bei Termiten steuern.

Toga und seine Kollegen sammelten Nester der N. takasagoensis-Termiten auf den Yaeyama-Inseln in Japan. Mithilfe eines Juvenilhormons, das bei Insekten die Funktion eines Wachstumsregulators besitzt, führten sie die entwicklungsbedingten Veränderungen bei Vorsoldaten künstlich herbei. Die Wissenschaftler beobachteten die Form und die Struktur der rechten Mandibeln während des Diffe-renzierungsprozesses bei jungen Arbeitern, Vorsoldaten und Soldaten. Die Autoren suchten auch nach Nachweisen für einen möglichen programmierten Zelltod.

Ihre Untersuchungen zeigten, dass die mandibulären Zähne während der Entwicklungsphase vom Vorsoldaten zum Soldaten verloren gehen. In dieser Phase wurden die Mandibeln deutlich kleiner und bei der Vorsoldaten-Häutung war eine wesentliche Rückbildung zu beobachten. Das wichtigste Ergebnis war der Nachweis des programmierten Zelltods in den sich rückbildenden Mandibeln der Vorsoldaten.

Die Autoren kommen zur Schlussfolgerung: „Unsere Forschungsergebnisse sind ein Beweis dafür, dass der programmierte Zelltod für die Rückbildung der Kieferpartien bei Termitensoldaten und damit für die soziale Kastendifferenzierung bei dieser Art verantwortlich ist. Der übertrieben ausgebildete Nasus und die vorderen Drüsen entwickeln sich, wobei sich gleichzeitig die Mandibeln zurückbilden. Deshalb könnte der programmierte Zelltod ein Regulierungsmechanismus für den Ausgleich bei der Bildung von Wehrorganen sein.“

Quelle
Toga K et al (2011). The TUNEL assay suggests mandibular regression by programmed cell death during presoldier differentiation in the nasute termite Nasutitermes takasagoensis. Naturwissenschaften – The Science of
Nature; DOI 10.1007/s00114-011-0825-9

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