Häutung durch Sauerstoffmangel

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Das Wachstum der Schmetterlingsraupe während eines Larvenstadiums führt zur Unterversorgung, was die nächste Häutung auslöst
Raupe des Tabakschwärmers (Manduca sexta)Durham (USA) – Schmetterlingsraupen häuten sich, wenn ihre Körpermasse des jeweiligen Larvenstadiums einen kritischen Wert erreicht hat. Doch der eigentliche Auslöser für das Abstreifen der Außenhaut ist die mangelnde Versorgung des Körpers mit Sauerstoff, berichten US-amerikanische Biologen im Fachjournal “Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)”. Sie entdeckten diesen Zusammenhang, indem sie die Entwicklung des Tabakschwärmers – eines Nachtfalters – von der Raupe bis zur Puppe untersuchten. Bisher war nicht bekannt, wie eine Raupe erkennt, wann ihre nächste Häutung notwendig ist.

Um wachsen zu können, muss sich eine Raupe mehrmals häuten. Mit jeder Häutung beginnt ein neues Larvenstadium, bis sich nach der letzten Häutung eine Puppe entwickelt. Der daraus hervorgehende Schmetterling vollendet die Metamorphose. Bei der Raupe des Tabakschwärmers (Manduca sexta) muss das Körpergewicht nach jeder Häutung exakt auf das 4,8-Fache ansteigen, bevor es zur nächsten Häutung kommt. “Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Tracheensystem zwischen zwei Häutungen nicht wächst, was die Sauerstoffversorgung der Gewebe und das Wachstum des Tieres begrenzt”, schreiben Frederik Nijhout und Viviane Callier von der Duke University in Durham. Tracheen sind fein verästelte Röhren, durch die der Sauerstoff der Außenluft im Insektenkörper verteilt wird. Während andere Körperteile ständig mitwachsen, vergrößert sich das Ausmaß dieses Röhrensystems nicht kontinuierlich, sondern sprunghaft mit jeder Häutung.

Geringer Sauerstoffgehalt der Atemluft löst vorzeitige Häutung aus

Die Forscher stellten durch weitere Messungen fest, dass zu Beginn eines Larvenstadiums die Atemrate zusammen mit dem Körpergewicht zunimmt. Das kritische Körpergewicht ist erreicht, wenn die Tracheen nicht mehr sämtliche Gewebe ausreichend mit Sauerstoff versorgen können. Der Sauerstoffmangel bewirkt schließlich, dass das Hormon Ecdyson freigesetzt und die Häutung ausgelöst wird. Danach stehen sowohl ein größeres Außenskelett als auch ein ausgedehnteres Tracheensystem zur Verfügung. Das bestätigten die Biologen, indem sie Raupen in Kammern versetzten, deren Sauerstoffgehalt im Vergleich zur normalen Außenluft auf ein Viertel verringert war. Der künstlich erzeugte Sauerstoffmangel löste bei den Tieren eine vorzeitige Häutung aus. Auch die letzte Häutung zum Puppenstadium steht unter der Kontrolle eines Sensors, der die Sauerstoffversorgung misst.

“Die Regulation der Körpergröße ist eines der fundamentalen ungelösten Probleme in der Entwicklungsbiologie”, schreiben die Autoren. Auch bei anderen Tieren und dem Menschen ist noch nicht genau geklärt, wie die Körpergröße bis zum Erreichen des Erwachsenenalters reguliert wird. Hier, so Nijhout, spielt wahrscheinlich die Produktion Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktoren eine Rolle, welche kontrollieren, wann Wachstumsschübe erfolgen und wann ein Ende des Größenwachstums erreicht ist.

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