4 Material und Umwelt
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Organisationseinheit der BAM
- 4.6 Molekulare und angewandte Entomologie (15) (entfernen)
Die aus der Kirche in Greven entnommenen A. punctatum wiesen größere genetische Unterschiede auf als die aus der isolierten Zucht der BAM. Dies lässt vermuten, dass ein Austausch von zufliegenden oder eingeschleppten Individuen zu einer erhöhten genetischen Variabilität beiträgt.
Die Ergebnisse der Sequenzanalysen vom Standort Greven zeigten, dass vier Variationen vorhanden waren. Die DNA-Barcodes aus der Datenbank NCBI (Frankreich, Finnland und Deutschland) besaßen nur SNPs, die bereits aus den Insekten der Kirche in Greven bekannt waren. Nach aktueller Datenlage für den betrachteten Genabschnitt sind diese Varianten (V2 bis V22) als repräsentativ für den mitteleuropäischen Raum anzunehmen.
Potenzielle weitere Varianten lassen sich nur über eine größere Stichprobenanzahl entdecken/finden. Die Ergebnisse der Käferproben aus der isolierten Zucht der BAM sind deutlich homogener und entsprachen der Variante 1 aus Greven. Die Variante 1 wurde ebenfalls in vier französischen und einer deutschen Probe aus der NCBI-Datenbank nachgewiesen.
Die Ergebnisse deuten auf zwei Hauptvariationen (Vx und V20) hin, wobei die eine (VJ homogener als die andere (V20) zu sein scheint. Da für den Räuber K. caeruleus keine Unterschiede in der COI gefunden wurden, gilt zu prüfen, ob der gewählte Genabschnitt für die Untersuchung repräsentativ ist. Dies ist mit einer höheren Probenzahl zu validieren.
Methane emission by terrestrial invertebrates is restricted to millipedes, termites, cockroaches, and scarab beetles. The arthropod-associated archaea known to date belong to the orders Methanobacteriales, Methanomassiliicoccales, Methanomicrobiales, and Methanosarcinales, and in a few cases also to nonmethanogenic Nitrososphaerales and Bathyarchaeales. However, all major host groups are severely undersampled, and the taxonomy of existing lineages is not well developed. Full-length 16S rRNA gene sequences and genomes of arthropod-associated archaea are scarce, reference databases lack resolution, and the names of many taxa are either not validly published or under-classified and require revision. Here, we investigated the diversity of archaea in a wide range of methane-emitting arthropods, combining phylogenomic analysis of isolates and metagenome-assembled genomes (MAGs) with amplicon sequencing of full-length 16S rRNA genes. Our results allowed us to describe numerous new species in hitherto undescribed taxa among the orders Methanobacteriales (Methanacia, Methanarmilla, Methanobaculum, Methanobinarius, Methanocatella, Methanoflexus, Methanorudis, and Methanovirga, all gen. nova), Methanomicrobiales (Methanofilum and Methanorbis, both gen. nova), Methanosarcinales (Methanofrustulum and Methanolapillus, both gen. nova), Methanomassiliicoccales (Methanomethylophilaceae fam. nov., Methanarcanum, Methanogranum, Methanomethylophilus, Methanomicula, Methanoplasma, Methanoprimaticola, all gen. nova), and the new family Bathycorpusculaceae (Bathycorpusculum gen. nov.). Reclassification of amplicon libraries from this and previous studies using this new taxonomic framework revealed that arthropods harbor only CO2 and methyl-reducing hydrogenotrophic methanogens.
Numerous genus-level lineages appear to be present exclusively in arthropods,suggesting long evolutionary trajectories with their termite, cockroach, and millipede hosts, and a radiation into various microhabitats and ecological nichesprovided by their digestive tracts (e.g., hindgut compartments, gut wall, or anaerobic protists). The distribution patterns among the different host groups are often complex, indicating a mixed mode of transmission and a parallel evolution of invertebrate and vertebrate-associated lineages.
Woodworms, carpet beetles, clothes moths and termites are well known pests on artifacts of cultural importance. Lately also silverfish have gained importance. Protection of our cultural heritage for future generations is not a new task but the methods have changed. Conventional use of pesticides in the past has preserved precious objects up to the presence, which otherwise probably would have been lost over time due to the destruction by insects and microbes. However, several of the objects were contaminated with poisons in such a manner that they became unsafe to be handled and thus are useless for exhibitions or scientific studies.
Today, the concept of Integrated Museum Pest Management (IMPM) provides guidance for non-residue treatments of infested objects, followed by save storage or display under pest free (or maximum pest reduced) environments. Inert fumigants, physical and biological control measure, precise monitoring, threshold evaluations and detailed knowledge of the pest`s biology are key elements within IMPM.
Woodworms, clothes moths and termites, however, are not always considered as only pests. Some professionals have also used them to produce new pieces of art or for the installation of ephemeral displays. Under more or less controlled conditions, the insects´ destructive nature on wood or textiles has been turned around to a process of creation with aesthetic or philosophical messages.
Destructive or creative - it just depends on the point of view!
Adipokinetic hormone (AKH) is a neuropeptide produced in the insect corpora cardiaca that plays an essential role in mobilising carbohydrates and lipids from the fat body to the haemolymph. AKH acts by binding to a rhodopsin-like G protein-coupled receptor (GPCR), the adipokinetic hormone receptor (AKHR). In this study, we tackle AKH ligand and receptor gene evolution as well as the evolutionary origins of AKH gene paralogues from the order Blattodea (termites and cockroaches). Phylogenetic analyses of AKH precursor sequences point to an ancient AKH gene duplication event in the common ancestor of Blaberoidea, yielding a new group of putative decapeptides. In total, 16 different AKH peptides from 90 species were obtained. Two octapeptides and seven putatively novel decapeptides are predicted for the first time. AKH receptor sequences from 18 species, spanning solitary cockroaches and subsocial wood roaches as well as lower and higher termites, were subsequently acquired using classical molecular methods and in silico approaches employing transcriptomic data. Aligned AKHR open reading frames revealed 7 highly conserved transmembrane regions, a typical arrangement for GPCRs.
Phylogenetic analyses based on AKHR sequences support accepted relationships among termite, subsocial (Cryptocercus spp.) and solitary cockroach lineages to a large extent, while putative post-translational modification sites do not greatly differ between solitary and subsocial roaches and social termites. Our study provides important information not only for AKH and AKHR functional research but also for further analyses interested in their development as potential candidates for biorational pest control agents against invasive termites and cockroaches.
Larven und adulte Käfer von Korynetes caeruleus (DE GEER 1775) (Coleoptera: Cleridae) wurden in alten Kirchen gesammelt und im Labor auf Kulturen von Anobium punctatum (DE GEER 1774) (Coleoptera, Ptinidae, früher Anobiidae) aufgezogen. Der Bruterfolg von K. caeruleus war gering, aber es wurden grundlegende Parameter des Entwicklungszyklus dieser Art ermittelt. Bei 21 °C und 75 % relativer Luftfeuchtigkeit und einer viermonatigen Kälteperiode bei 4 °C dauerte die Entwicklung von K. caeruleus vom Ei bis zum erwachsenen Tier 2 Jahre. Das Puppenstadium kann nach eineinhalb Jahren erreicht und abgeschlossen werden.
Die Larven von K. caeruleus ernährten sich von den Larven von A. punctatum. Die Nahrungsaufnahme ist eine Kombination aus Saugen von Hämolymphe und Verzehr von Körperteilen. Die sichelartigen Mandibeln der Larven von K. caeruleus durchdringen die Cuticula der Beutetierlarven, gefolgt von pumpenden und saugenden Körperbewegungen.
Erwachsene Käfer von A. punctatum wurden von K. caeruleus-Larven nicht angegriffen. Das Fressverhalten von erwachsenen K. caeruleus wurde nicht untersucht.
Harnessing near-chromosome level quality genomes to explore the evolution of termite immunity
(2023)
The phylogeny of the Blattodea boasts a wide degree of sociality spanning from solitary cockroaches to advanced ecosystem-dominating higher termite societies. The emergence of sociality in termites was associated with the acquisition of a diverse range of social structures. Previous work has found evidence for a caste-specific social defence system in termites leading to an immune system that may favour group over individual defence. While preliminary work suggests a correlation between social transitions and a reduction of immune gene family diversity, the lack of available high-quality termite genomes hampers complete knowledge of the true diversity of immune gene evolution across termite phylogeny. Here, we report on the sequencing and near-chromosome level assembly of 48 high-quality long-read-based genomes across major termite and cockroach sister-branch lineages. We investigate the diversity and evolutionary history of immune genes across genomes, focusing particular attention on correlations between immune gene evolution and transitions in sociality over termite phylogeny.
Insecta is one of the most diverse phyla in the animal kingdom, with species living in all types of habitats encountering an even greater diversity of pathogens and parasites. Defence strategies against such harmful threats led to a variety of molecular mechanisms, ecological shifts, and genetic innovations. Gene families underlying the molecular basis of the immune responses have evolved within the boundaries given by the species ecology. Here, we explore the evolution of some emblematic immune gene families throughout the Insecta phylum shedding light on remarkable genetic events such as gene duplication or gene loss. We followed a workflow based on the Hidden Markov model to search for immune genes in 55 high-quality genomes of insects. We highlight the emergence of group defence in social species as an ecological shift that released selection pressure on immune gene families notably in Blattodea. Further, we draw attention to certain gene families and the link between their diversity and the specificities of the species’ microbiota. Overall, we report data on immune gene diversity in insects.
Adipokinetic hormone (AKH) is a neuropeptide produced in the insect corpora cardiaca that plays an essential role in mobilizing carbohydrates and lipids from the fat body to the hemolymph. AKH acts by binding to a rhodopsin-like G protein-coupled receptor (GPCR), the adipokinetic hormone receptor (AKHR). In this study, we tackle AKH ligand and receptor gene evolution as well as the evolutionary origins of AKH gene paralogues from the order Blattodea (termites and cockroaches). Phylogenetic analyses of AKH precursor sequences point to an ancient AKH gene duplication event in the common ancestor of Blaberoidea, yielding a new group of putative decapeptides. In total, 16 different AKH peptides from 90 species were obtained. Two octapeptides and seven putatively novel decapeptides are predicted for the first time. AKH receptor (AKHRs) sequences from 18 species, spanning solitary cockroaches and subsocial woodroaches as well as lower and higher termites, were subsequently acquired using classical molecular methods and in silico approaches employing transcriptomic data. Aligned AKHR open reading frames revealed 7 highly conserved transmembrane regions, a typical arrangement for GPCRs. Phylogenetic analyses based on AKHR sequences support accepted relationships among termite and cockroach lineages to a large extent, while putative post-translational modification sites do not greatly differ between solitary and subsocial roaches and social termites. This study provides important information not only for AKH and AKHR functional research but also for further analyses interested in their development as potential candidates for biorational pest control agents against invasive termites and cockroaches.
The phylogeny of the Blattodea boasts a wide degree of sociality spanning from solitary cockroaches to advanced ecosystem-dominating higher termite societies. The emergence of sociality in the termites was associated with the acquisition of a diverse range of social structures and differential expression of specific gene network. Previous work has found evidence for a caste-specific social defence system in termites leading to an immune system that may favour group over individual defence. While preliminary work suggests a correlation between social transitions and a reduction of immune gene family diversity, the lack of available high-quality termite genomes hampers complete knowledge of the true diversity of immune gene evolution across termite phylogeny. Here, we report on the sequencing and assembly of 50 high-quality long-read-based genomes and 180 caste- and sex-specific brain transcriptomes across major termite and cockroach sister-branch lineage. We investigate the diversity and evolutionary history of immune genes across genomes, and the potential gene networks that have evolved with the emergence of termite sociality and some aspect of immune related behaviours.
Defensive behavior is linked to altered surface chemistry following infection in a termite society
(2023)
The care-kill response determines whether a sick individual will be treated or eliminated from an insect society, but little is known about the physiological underpinnings of this process. We exploited the stepwise infection dynamics of an entomopathogenic fungus in a termite to explore how care-kill transitions occur, and identify the chemical cues behind these shifts. We found collective responses towards pathogen-injected individuals to vary according to severity and timing of pathogen challenge, with elimination, via cannibalism, occurring sooner in response to a severe active infection. However, injection with inactivated fungal blastospores also resulted in increased albeit delayed cannibalism, even though it did not universally cause host death. This indicates that the decision to eliminate an individual is triggered before pathogen viability or terminal disease status has been established. We then compared the surface chemistry of differently challenged individuals, finding increased amounts of long-chained methyl-branched alkanes with similar branching patterns in individuals injected with both dead and viable fungal blastospores, with the latter showing the largest increase. This coincided with the highest amounts of observed cannibalism as well as signs of severe moribundity. Our study provides new mechanistic insight into the emergent collective behaviors involved in the disease defense of a termite society.
Zahlreiche Insektenarten unter den Käfern und Schmetterlingen besitzen die ökologische Potenz, trockene Materialien pflanzlichen und tierischen Ursprungs als Nahrungs- und Brutsubstrat zu nutzen. Daher findet man diese Tiere auch an und in vom Menschen angelegten Nahrungsvorräten wie z. B. Getreidespeicher, an Kleidungs- und an Gebrauchsgegenständen aus Wolle, Pelzen oder Fellen sowie an oder in natürlichen Baumaterialien wie Holz. Aus wirtschaftlicher Sicht werden sie dann als Vorrats- bzw. Materialschädlinge bezeichnet.
Vorrats- und Materialschädlinge haben sehr ähnliche Lebensstrategien. Sie verfügen über eine breite Toleranz gegenüber abiotischen Umweltparametern und sind in der Regel Nahrungsopportunisten. Sie können längere Zeit ohne Nahrungsaufnahme überdauern und haben unter optimalen Bedingungen hohe Reproduktionsraten.
Es stellt sich die Frage, ob die auffälligen Anpassungen von Vorrats- und Materialschädlingen an einen menschennahen Lebensraum das Resultat von Prädispositionen und Selektion hin zu einem Lebensformtyp „Lager- oder Materialschädling“ sind, oder ob die synanthropen künstlichen (Öko)Systeme nur als überdimensionierte natürliche Reservoire fungieren.
Ökologische und ethologische Prädispositionen und Adaptationen sowie Verbreitungs- und Fortpflanzungsstrategien von Schadinsekten werden hier diskutiert, um phylogenetische und evolutionsbiologische Szenarien beim Übergang von ursprünglichen, also natürlichen Lebensräumen auf relativ jungzeitliche, von Menschen geprägte Habitate, zu rekonstruieren. Die angeführten Beispiele werden im kritischen Bezug zu publizierten Informationen über autökologische, faunistische sowie archäologische und historische Indizien über Ursprung und Ausbreitung von ausgewählten Schadinsekten (Hausbockkäfer, Textilmotten, Kornkäfer) begründet.
Permanente und nachhaltige Deckung von Grundbedürfnissen der Nahrungs- und Materialversorgung, aber auch das Ausnutzen von Arbeitshilfen, der Gebrauch von Versuchstieren in der Wissenschaft und die Freude an tierischer Begleitung in der Freizeit waren Beweggründe für die Domestikation von Tieren. Haustiere gehen auf eine zu ihrer Art gehörige Stammform einer Wildtierart zurück. Haustier und Wildtier sind somit Angehörige einer biologischen Spezies. Bei der Domestikation von Tieren spielte zwischenartliche Introgression keine Rolle. Die Domestikation von Haustieren durch Separation von kleinen Gruppen von Wildtieren erfolgte nur wenige Male an wenigen Orten (primäre Domestikationszentren). Haustiere bilden artübergreifend auffällig ähnliche morphologische und ethologische Merkmale aus (Domestikationssyndrom). Domestikation bei Wirbeltieren erfolgt primär über Selektion auf zutrauliches und zahmes Verhalten und unterliegt einem sehr komplexen pleiotropen Netzwerk von Regelkreisen. Die Domestikation ist ein koevolutiver Prozess und das Resultat eines bilateralen wechselseitigen Zusammenfindens von Prädispositionen und reziproken Valenzen der jeweiligen Partner von Haustier und Mensch.
Unsere Alltagssprache bedient sich so manchem Vorbild aus der Welt der Insekten. In Sinnsprüchen, Sprichwörtern, Redewendungen und Zitaten finden Fliegen und Mücken dabei besonders häufig Verwendung und dies meist in Form der Allegorie als wichtiges rhetorisches Gestaltungsmittel. Die eng mit dem Menschen verbundene Lebensweise der Stubenfliege z. B. bietet dafür die geschichtliche und kulturelle Basis.
Redensarten sind ein sprachliches Spiegelbild gelebter Kultur, was den Vergleich mit anderen Sprachen interessant macht. So hat jede Sprache ein charakteristisches Portfolio von ihnen, die sinnverwandt sein, aber auch bei wörtlicher Übersetzung zu Missverständnissen führen können.
Sprachen sind nicht gegeneinander isoliert. Während ihrer Differenzierung gab es immer auch aktiven Austausch von einzelnen Sprachelementen. Diesen Prozess zu rekonstruieren ist Aufgabe der vergleichenden Sprachwissenschaft, die sich dabei auch Methoden der biologisch-phylogenetischen Analyse bedient.