Vom Gen zum Sozialverhalten

Honigbienen sind sehr lernfähig, doch ihr komplexes Sozialverhalten ist vorwiegend angeboren. „Wenn man sich im Tierreich umschaut, ist das schon etwas Besonderes“, stellt Martin Beye fest, Leiter des Instituts für Evolutionsgenetik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Das Sozialverhalten der Bienen ist in die Gene eingeschrieben und wird vererbt. Im Laufe der Evolution hat sich bei Honigbienen und anderen staatenbildenden Insekten ein Kastensystem mit Arbeitsteilung entwickelt, bei der nur die Königin Eier legt, während die Arbeiterinnen keine eigenen Nachkommen haben und stattdessen die Brutpflege, Nahrungsbeschaffung, Verteidigung, Thermoregulation und den Nestbau ausführen. Aufgaben, die kein einzelnes Tier schaffen kann, sondern nur von vielen gemeinsam zu bewältigen sind. Dafür sind ererbte Verhaltensmuster notwendig, die von den Individuen ausgeübt werden. Wie diese genetisch kodiert und ihre physiologischen Grundlagen im zentralen Nervensystem realisiert werden, wurde bisher kaum verstanden. „Spannend ist es zu erfahren, wie diese neuronalen Netzwerke aufgebaut sind, die da vielleicht involviert sind“, findet Beye.

„Für ein bestimmtes Verhalten sind jeweils sehr viele Gene verantwortlich, von denen, die in den Neuronen des Gehirns das Verhalten steuern, bis zur Entwicklung und Bewegung der passenden anatomischen Strukturen“, erklärt er. Erstautorin Vivien Sommer hat mit Beyes Team und Kollegen der Universitäten Frankfurt/Main, Oxford und Würzburg herausgefunden, dass ein bestimmtes Gen, Doublesex-Gen oder einfach dsx genannt, Teile des Brutpflegeverhaltens der Arbeiterinnen kodiert. Vom Lieblingsversuchstier der Biologen, der Fruchtfliege, war bekannt, dass dieses dsx-Gen und ein weiteres Gen die Entwicklung bestimmter Strukturen im Gehirn steuern, die geschlechtsspezifischem Verhalten zugrunde liegen – genauer dem Balz- und Aggressionsverhalten der Männchen und dem Paarungsverhalten der Weibchen. Bei Honigbienen ist dsx zusammen mit der Ernährung für die kastenspezifische Entwicklung der Ovarien bei Arbeiterinnen bzw. der Königin verantwortlich.

„Unsere zentrale Frage war, ob und wie sich die angeborenen Verhaltensmuster durch die Veränderung des Gens verändern. Solche Änderungen müssen sich im Nervensystem der Arbeiterinnen widerspiegeln, wo ja die Steuerprogramme für das Verhalten ablaufen“, erläutert Vivien Sommer ihren Ansatz. In den neuronalen Schaltkreisen des Gehirns, muss das angeborene Verhalten genau so bestimmt sein, dass es sich entweder in ein Arbeiterinnengehirn, ein Königinnengehirn oder ein Drohnengehirn entwickelt. „Dieses Doublesex-Gen bestimmt zwar das weibliche sexuelle Verhalten und die Reproduktionsorgane, aber es ist auch bei den sterilen Arbeiterinnen aktiv. Da haben wir uns gesagt: Vielleicht hat die Evolution hier den Trick benutzt, dass dieses Gen rekrutiert wurde, um das Arbeiterinnenverhalten festzulegen“, erklärt Martin Beye den Hintergrund der Studie. Wenn man wüsste, wo dieses Gen agiert, könnte man mehr darüber erfahren, welche neuronalen Netzwerke das soziale Verhalten der Honigbienen steuern, so die Überlegung der Biologen. Martin Beye und seine Forschergruppe haben dazu geschaut, in welchen Hirn- und Körpergeweben das Doublesex-Gen Proteine bildet und dann untersucht, welcher Zusammenhang zwischen dem Gen und dem Brutpflegeverhalten der Arbeiterinnen besteht.