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Wenn Spinnen in die Pubertät kommen

Begattungsorgan bei Spinnenmännchen entsteht durch metamorphoseähnlichen Prozess – Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“

Nr. 101 • 23. Mai 2019

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Ein ausgewachsenes Männchen der Gewächshausspinne (Parasteatoda tepidariorum). Die beiden dunklen birnenförmigen Anhänge am Kopf sind die Begattungsorgane. Foto: Leonard Georg
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3D-Rekonstruktionen der Entwicklung des Kopulationsorgans (orange) bei Gewächshausspinnen. Grafik: Felix Quade
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3D-Rekonstruktion der Entwicklung des Kopulationsorgans (orange) bei Gewächshausspinnen. Grün sind die im metamorphoseähnlichen Prozess neu angelegten Gewebe. Grafik: Felix Quade
Die Pubertät ist nicht nur beim Menschen mit großen Veränderungen verbunden. Männliche Spinnen müssen in dieser Zeit sogar ihr komplettes Begattungsorgan bilden. Wie sie das bewerkstelligen, konnten Forscherinnen und Forscher der Universitäten Gießen und Göttingen nun erstmals zeigen. Ihre Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht. „Spinnen durchlaufen bis zur Geschlechtsreife mehrere Häutungen. Unsere Studie zeigt, dass bei Spinnenmännchen ihre beiden am Kopf gelegenen Begattungsorgane erst kurz vor der allerletzten Häutung wachsen“, erklärt der Erstautor der Studie, Dr. Felix Quade vom Institut für Allgemeine und Spezielle Zoologie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). Diese Erkenntnis war überraschend, denn bislang war man davon ausgegangen, dass sich das Organ schrittweise während mehrerer Häutungen entwickelt.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchten das Begattungsorgan der Gewächshausspinne (Parasteatoda tepidariorum). Sie fanden heraus, dass die gesamte Entwicklung des Organs fast ausschließlich in den zwei Wochen vor der letzten Häutung stattfindet. „Immer wenn eine tiefgreifende Veränderung schnell gehen muss, quasi von einer Häutung zur nächsten, dann setzen Insekten auf den Prozess der Metamorphose“, so Quade. Bei Spinnen war man bislang davon ausgegangen, dass sie sich ohne Metamorphose entwickeln. Wie die Ergebnisse der neuen Studie zeigen, ähnelt die Entwicklung des Begattungsorgans jedoch in sehr vielen Merkmalen einer Metamorphose, wie sie bei Insekten vorkommt.

„Während der Metamorphose lösen sich die bisherigen Gewebe bis auf kleine Zellgruppen auf, aus denen dann das fertige Insekt entsteht“, sagt Studienleiter Prof. Dr. Niko Prpic-Schäper vom Institut für Allgemeine und Spezielle Zoologie der JLU. „Das ist der Trick: Anstatt das Vorhandene mühsam umzuformen, wird die Entwicklung quasi wieder auf Null gesetzt und neu begonnen.“

So ist es auch beim Begattungsorgan der Spinnenmännchen: Hier wird etwa 14 Tage vor der letzten Häutung viel Gewebe um das zukünftige Begattungsorgan aufgelöst. In dieser Masse fanden die Forscherinnen und Forscher kleine Zellhaufen, aus denen dann offenbar das Begattungsorgan völlig neu gebildet wird. „Wir vermuten, dass diese Zellgruppen direkt mit den ähnlichen Zellgruppen bei Insekten vergleichbar sind. Dies gilt es nun zu überprüfen“, so Prpic-Schäper. „Zudem interessieren wir uns nun für die genetische und hormonelle Kontrolle der Organentwicklung. Hier ist bei Insekten schon einiges bekannt, bei den Spinnen aber stehen wir ganz am Anfang.”

Für ihre Untersuchungen kooperierten Forscherinnen und Forscher aus der Gießener Entwicklungsbiologie mit dem Institut für Röntgenphysik der Georg-August-Universität Göttingen. So wurde die Entwicklung der Begattungsorgane unter anderem mit dem in Göttingen neu entwickelten Phasenkontrast-Computertomographen untersucht. „Die Herausforderung dabei war, dass das Begattungsorgan sehr klein ist und noch dazu vor der letzten Häutung unter dem Außenskelett versteckt ist“, sagt Prof. Dr. Tim Salditt von der Universität Göttingen. „Wir mussten neue Algorithmen anwenden, um den Phasenkontrast im Computertomographen optimal auszunutzen und eine besonders hohe Bildqualität zu erreichen.“ Diese Erkenntnisse fließen nun in die Verbesserung der Computertomographie ein und kommen somit auch dem Einsatz dieser Technik in der biomedizinischen Forschung zugute.

  • Publikation

Quade FSC, Holtzheimer J, Frohn J, Töpperwien M, Salditt T, Prpic NM: Formation and development of the male copulatory organ in the spider Parasteatoda tepidariorum involves a metamorphosis-like process. Scientific Reports 9:6945 (2019).
DOI: 10.1038/s41598-019-43192-9

https://doi.org/10.1038/s41598-019-43192-9

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