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Käfersex ist kein Geheimnis mehr

Uni Kiel Käfersex ist kein Geheimnis mehr

Der Penis des Distelschildkäfers ist so lang wie der Käfer selbst. Genau das kann bei der Paarung für Komplikationen sorgen, wie Dr. Yoko Matsumura, Dr. Alexander Kovalev und Prof. Stanislav Gorb vom Zoologischen Institut der Kieler Uni jetzt genauer untersucht haben.

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Stanislav Gorb, Yoko Matsumura und Alexander Kovalev (von links) vom Zoologischen Institut der Uni Kiel haben mit Laserrastermikroskopie die Geschlechtsorgane von Distelschildkäfern untersucht.

Quelle: Raissa Nickel

Kiel. Denn auch die Weibchen der Distelschildkäfer (Cassida rubiginosa) verfügen über ein überlanges Geschlechtsorgan, das zudem spiralförmig gedreht ist.

Im Fachmagazin „Scientific Reports“ berichten die Forschenden, welche mechanischen Eigenschaften des Penis am besten für das Eindringen in das Weibchen geeignet sind. Zunächst schaute Postdoktorandin Yoko Matsumura den weiblichen Käfern mit einem Laserrastermikroskop auf den Genitalapparat. „Wie die meisten Insekten besitzen Käferweibchen eine Spermathek. Dort wird das Sperma eine Weile aufbewahrt, bevor die Eier befruchtet werden“, sagt die aus Japan stammende Forscherin. Der Eingang in die Spermathek sei sehr lang und spiralförmig gedreht. Die Struktur sei nicht gleichförmig, sondern verworren: „Wie ein Telefonkabel hat der Spermathekengang zahlreiche Windungen, die manchmal auch in entgegengesetzte Richtungen laufen. Wir wollten herausfinden, warum die Käfer so eine Struktur haben.“ Seit zwei Jahren sucht das Team schon Antworten.

 Für die Ziele der Wissenschaft mussten die Käfer dennoch nicht bei ihrem intimen Liebesspiel gestört werden – zumal dies auch nur schwer zu bewerkstelligen gewesen wäre: „Der Distelschildkäfer ist etwa so groß wie ein Fingernagel. Der Penis ist etwa zehn Millimeter lang. Sein Durchmesser beträgt zehn Mikrometer. Das ist ungefähr zehn Mal dünner als menschliches Haar“, sagt der Biophysiker und Ingenieur Kovalev. Daher haben die Forschenden die Organe mit einem mathematischen Modell am Computer überprüfen. „Je mehr entgegengesetzte Windungen es gab, desto mehr Energie war beim Eindringen des Penis erforderlich.“

 Im zweiten Schritt nahmen die Forschenden den Käferpenis dann aber doch noch genauer unter die Lupe. „Mithilfe des Laserrastermikroskops haben wir Hinweise darauf gefunden, dass der Penis unterschiedlich steif ist. So ist die Penisspitze wahrscheinlich weicher als das restliche Organ“, berichtet Matsumura weiter. Ausgehend von dieser Hypothese erstellten die Wissenschaftler zusammen mit Prof. Alexander Filippov aus dem ukrainischen Donezk weitere mathematische Modelle: Ein völlig harter und ein völlig weicher Penis sowie eine Version mit harter Penisspitze und weicher Basis und eine umgekehrte Version. Mit den vier Modellen testeten sie anhand nummerischer Modellierung, welche Version sich am leichtesten in den virtuellen Spermathekengang einführen ließ.

Sexueller Konflikt

 „Wir wissen nun: Es ist wichtig, wie steif der Penis ist. Am schnellsten war das Penismodell mit weicher Spitze und harter Basis“, sagt Matsumura. Sie sei flexibel genug, um sich an die engen Windungen anzupassen. Die Kieler Untersuchungen zeigen, dass die physikalischen Eigenschaften des Penis bei der komplizierten Struktur des Weibchens entscheidend sind. „Als wir mit dem Projekt anfingen, haben wir einen sexuellen Konflikt bei den Käfern vermutet. Unsere Forschung hat diese Annahme bestätigt. Die weibliche Struktur macht den Männchen das Eindringen schwer“, fasst Matsumura zusammen. Die weiche Penisspitze sei eine männliche Strategie, um dieses „Abwehrsystem“ zu durchdringen.

 Offen ist allerdings die Frage, warum die weiblichen Käfer überhaupt so lange und verdrehte Organe haben, die die Befruchtung erschweren. „Über die Gründe dafür können wir bisher nur spekulieren“, sagt Matsumura. Eine Theorie lautet, dass die Weibchen im Verlauf der sexuellen Selektion Männchen bevorzugen, die ihren Penis schnell einführen können. In dieser Hinsicht erlauben die Forschungen nun also neue Rückschlüsse auf die sexuelle Selektion. Erstmals rückt damit die biomechanische Funktion in das Blickfeld. Bisher konzentrierte sich die Forschung mehr auf das Aussehen.

 Die Komplexität des Geschlechtsakts hat durchaus Folgen: „Durchschnittlich haben die Käfer 40 Minuten Sex, manche Paare sogar mehrere Stunden“, sagt Matsumura. Die Dauer ist nicht unproblematisch, da die Tiere dabei leicht von Feinden angegriffen werden können. Warum also ist die Paarung der Distelschildkäfer so kompliziert? Weitere Untersuchungen sollen demnächst Klarheit über die evolutionären Hintergründe liefern. Und dieser Versuch ist auch aus anderer Hinsicht lohnenswert: Der Aufbau und die Mechanik solch filigraner Strukturen könnten künftig die Qualität medizinischer Mikroinjektionsnadeln verbessern.

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KN-online (Kieler Nachrichten)

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