Newsletter

Link versenden
25.05.2017

Totengräber-Käfer als Vorbild für Industrie

Organische Abfälle in nützliche Produkte umwandeln – mithilfe von Sekreten des Totengräber-Käfers könnte das klappen. Nun versuchen Forscher die dafür verantwortlichen Enzyme und Mikroben aufzuspüren.

Totengräber-Käfer betreiben Brutpflege, indem sie ihrem Nachwuchs vorverdaute Tierkadaver als Futter zur Verfügung stellen.
Quelle: 
Martin Kaltenpoth, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Der in Europa und Asien weit verbreitete Schwarzhörnige Totengräber-Käfer (Nicrophorus vespilloides) ernährt sich von Kadavern kleiner Säugetiere und legt in diese auch seine Eier ab. Um diese wertvolle, aber auch leicht vergängliche Nahrungsquelle für ihren Nachwuchs zu präparieren und zu konservieren, geben die Totengräber-Eltern spezielle Sekrete auf die Kadaver ab. Diese Sekrete sind reich an Enzymen, antimikrobiellen Wirkstoffen und symbiotischen Mikroorganismen, die die Nahrung leicht verdaulich machen, und zugleich vor Bakterien und Pilzen schützen sollen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena, des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie, der Universität Gießen und der Universität Mainz haben die Zusammensetzung und die Wirkung dieser Sekrete genauer untersucht. Sie wollten herausfinden, ob und wie diese Stoffe auch als biotechnologische Verfahren in der Industrie  genutzt werden können, um so organische Abfälle in höherwertige Produkte umzuwandeln. Die Ergebnisse ihrer Studie haben sie im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.

Schnelle Nahrungsaufnahme bedeutet schnelles Wachstum

Totengräber-Käfer sind räuberische Aasfresser. Sie jagen kleine Insekten und Käfer, ernähren sich aber auch von kleinen Säugetier- und Vogelkadavern. In diese Kadaver legen die Käfer auch ihr Eier ab, so dass der Nachwuchs sofort nach dem Schlüpfen mit der Nahrungsaufnahme anfangen kann. Denn eine schnelle, nährstoffreiche Nahrungsaufnahme bedeutet ein schnelles Wachstum, und somit eine kürzere Zeitspanne in der der Nachwuchs leichte Beute für Räuber wäre. Doch die Kadaver sind nicht nur äußerst nahrreich, sie sind auch schnell vergänglich und werden von Bakterien und Pilzen besiedelt, die giftig für die Totengräber-Käfer sind. Damit der Nachwuchs keinen Schaden nimmt, mussten die Insekten Strategien und Möglichkeiten entwickeln, die gleichzeitig die Nährstoffe leicht zugänglich machen, aber die Kadaver auch vor dem weiteren Verfall konserviert.

Folge 4 - Zoom - Insektenbiotechnologie: In der Insekten-Drogerie

Zoom/bioökonomie.de/
bioökonomie.de

In unserer Videoreihe "Zoom" haben wir einen Insektenbiotechnologen in Gießen besucht: für ihn steht fest, dass sie ein großes Reservoir für industrielle Anwendungen bieten.

Verdauungsenzyme, die gleichzeitig konservieren

Sobald ein Kadaver aufgespürt wurde, arbeiten die Käfereltern gemeinsam daran, das tote Tier zu vergraben und somit vor konkurrierenden Fliegen zu verstecken. Anschließend entfernen sie die Haare oder Federn und formen einen „Fleischball“, den sie als Nahrung für ihren Nachwuchs vorbereiten. Im Darm der Käfer fanden die Wissenschaftler eine Vielzahl von Enzymen und antimikrobiellen Proteinen, die dafür sorgen, dass ein Kadaver verdaut und haltbar gemacht wird. Außerdem werden Mikroorganismen aus dem Darm mittels analer Ausscheidungen auf dem Kadaver verteilt, und so auch direkt an die Käferlarven weitergegeben.

Diese speziellen Verdauungsenzyme und antimikrobiellen Proteine, sowie die charakteristischen Bakterien und Pilze im Darm der Totengräber-Käfer sind vermutlich essentiell für die Effizienz des elterlichen Brutpflegeverhaltens. „Wir waren besonders überrascht, dass die von uns identifizierten symbiotischen Hefepilze nicht nur in Analsekreten der Totengräber zu finden waren, sondern auch auf den Nachwuchs übertragen wurden und auf dem Kadaver selbst aktiv waren,“ erklärt Heiko Vogel vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie. Viele andere Insektenarten, die Brutpflege betreiben, weisen ähnliche Verhaltensweisen zum Schutz der Nachkommen auf.

Mittels Ko-Evolution zur Biotechnologie

Insekten und ihre durch Koevolution entstandenen Mikroorganismen kooperieren, um ungewöhnliche Biomasse, wie Tierkadaver, in Nahrung für ihren Nachwuchs zu verwandeln. Solch nützliche Mikroorganismen, die in Fermentern kultiviert werden können, sind von besonderem Interesse für die Biotechnologie. Diese Mikroben könnten die biologische Umwandlung von organischen Abfällen in höherwertige Produkte ermöglichen. Die neuartigen Hefen, die als Symbionten mit dem Totenkäfer kooperieren, sind vielversprechende Quellen neuer Enzyme für solche biotechnologische Anwendungen.

jmr

Back to top of page