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Revolution im Bienenstock: Forscher entdecken Gen, das Bienen zu Sozialparasiten werden lässt
Bienen sind soziale Insekten, die in Völkern mit einer ausgeprägten Sozialstruktur zusammen leben. Innerhalb eines Bienenstaats sind die Rollen klar verteilt. Die Königin ist als einziges Tier für den Nachwuchs zuständig - aus unbefruchteten Eiern entwickeln sich die männlichen Drohnen und aus befruchteten die weiblichen Bienen. Neue Königinnen werden erst herangezogen, wenn sich das Volk teilt, die bisherige Königin gestorben ist oder sie nicht mehr in der Lage ist, für neue Nachkommen zu sorgen.
Anders ist das bei der südafrikanischen Kapbiene. Einige ihrer Arbeiterbienen sind in der Lage, aus unbefruchteten Eizellen weibliche Nachkommen zu zeugen.
Das Phänomen, dass Arbeiterbienen voll entwickelte Eierstöcke haben und ihren eigenen Nachwuchs aus unbefruchteten Eiern produzieren können, wird Parthenogenese, oder auch Jungfernzeugung, genannt. Anders als bei Honigbienen schlüpfen bei Kapbienen aus den unbefruchteten Eiern aber Weibchen - nicht wie normalerweise Drohnen. Wenn eine Königin stirbt, ermöglicht dieser Prozess es, das Bienenvolk zu retten.
Seit mehreren Jahren suchen Wissenschaftler nach den Gründen, warum nicht alle Bienen darüber verfügen. Nun fanden sie ein Gen, das für die Entwicklung des parasitären Nachwuchses zuständig ist. Eine kleine Variation im Code dieses Gens sorgt dafür, dass die Thelytokie in Gang gesetzt wird.
Außerdem konnten die Forscher zeigen, dass dieses Merkmal dominant vererbt wird. Die Forscher vermuten, dass das Thelytokie-Gen nur in Kombination mit der normalen Variante funktioniert oder dass eine Dopplung der Gene sogar tödlich sein kann. Bisher ist die Thelytokie nur von einigen Tieren bekannt, darunter mehrere global invasive Ameisenarten. Die Arbeit der halleschen Forscher liefert nun einen weiteren Baustein zum grundlegenden Verständnis dieses Phänomens.
Aumer D. u.a.: A single SNP turns a social honey bee (Apis mellifera) worker into a selfish parasite. Molecular Biology and Evolution (2019). doi: 10.1093/molbev/msy232/5232789
Das Ohr aus dem 3-D-Drucker
Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose lässt sich in zähflüssiger Form hervorragend mit dem Bioplotter zu komplexen räumlichen Formen gestalten.» Einmal ausgehärtet, bleibt die Struktur trotz ihrer Zartheit stabil.
Momentan besteht das Ohr zwar lediglich aus Nanocellulose und einer zusätzlichen Biopolymerkomponente. Ziel ist es jedoch, das Grundgerüst mit körpereigenen Zellen und Wirkstoffen zu bestücken, um biomedizinische Implantate zu erzeugen.
Sobald die Besiedlung des Hydrogels mit Zellen etabliert ist, könnten die Nanocellulose-basierten Komposite in Ohrform Kindern mit einer angeborenen Ohrmuschelfehlbildung als Implantat dienen. Mit einer Rekonstruktion der Ohrmuschel wird die Fehlbildung kosmetisch, aber auch medizinisch behoben, da die Hörfähigkeit ansonsten stark eingeschränkt sein kann. Im weiteren Verlauf des Projekts sollen die Nanocellulose enthaltenden Hydrogele auch für Kniegelenksimplantate eingesetzt werden.
Nanocellulose selbst wird zwar nicht abgebaut, eignet sich aber als biokompatibles Material dennoch gut als Implantat-Gerüst. «Zusätzlich machen die mechanischen Eigenschaften die Nanocellulose zu einem eleganten Kandidaten, da die winzigen, aber stabilen Fasern beispielsweise Zugkräfte sehr gut aufnehmen», so Hausmann.
Zudem erlaubt die Nanocellulose, Funktionen in das zähflüssige Hydrogel einzubinden. So lassen sich Struktur, mechanische Kapazität und die Interaktion der Nanocellulose mit ihrer Umgebung variieren. Nicht zuletzt ist der Rohstoff Cellulose das am häufigsten vorkommende natürliche Polymer auf der Erde. Die Nutzung der kristallinen Nanocellulose profitiert demnach nicht nur von der schlichten Eleganz des Verfahrens,...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 441 / 2019

Neurobiologie

Friedrich+ Kennzeichnung Fachwissen Schuljahr 5-13