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Fadenförmige Würmer, die in den Eingeweiden bestimmter Insekten leben, lassen ihre Wirte ins Wasser springen und ertrinken.
Was Wissenschaftler über diese spaghettiähnlichen Parasiten wussten, war schon ziemlich bizarr.
Die Larven befallen Arthropoden wie Grillen und Käfer und wachsen mehrere Monate lang in ihren Landwirten, müssen jedoch zur Paarung und Eiablage ins Wasser zurückkehren. Dazu manipulieren die Würmer das Verhalten eines Wirts und zwingen ihn, Wasser zu suchen und hineinzutauchen. Die Parasiten können sich dann aus dem Hinterteil des Wirts herauswinden und davonschwimmen.
Aber die Würmer sind noch viel seltsamer geworden.
Genetische Analysen haben ergeben, dass Rosshaarwürmer – wissenschaftlich als Stamm der Nematomorpha klassifiziert – vor vielen Millionen Jahren einen evolutionären Umweg gemacht haben, der sie etwa 30 % der Gene kostete, die in allen anderen Tieren vorkommen.
Wissenschaftler entdeckten den Verlust, als sie die Genome zweier nematomorpher Arten sequenzierten: des Süßwasserhaarwurms Acutogordius australiensis und der Meeresart Nectonema munidae.
Während das Verhalten der Würmer gut untersucht ist, ist über ihre Genetik wenig bekannt. Die Forscher, die die Genome von A. australiensis und N. munidae sequenziert haben, hofften, dies zu ändern, sagte Tauana Cunha, Hauptautorin der Studie, die am Dienstag in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht wurde. Cunha ist jetzt Postdoktorand am Field Museum of Natural History in Chicago, begann die Forschung jedoch als Doktorand in der Abteilung für Organismen- und Evolutionsbiologie der Harvard University.
Als die Wissenschaftler jedoch die Genome ihrer Rosshaarwürmer mit den Genominformationen anderer Tiere verglichen, fehlte etwas, sagte Cunha gegenüber CNN.
„Es gibt einen bestimmten Satz von Genen, von denen man erwartet, dass sie in allen Tiergruppen vorkommen“, sagte sie. „Es wird als Maß für die Qualität Ihres Genoms verwendet.“ Die gleiche Gruppe von Genen – insgesamt etwa 200 – fehlte bei beiden Rosshaarwurmarten, was darauf hindeutet, dass es sich hierbei eher um eine genomische Eigenart der Gruppe als um einen Datenfehler handelte.
Weitere Analysen ergaben, dass die Gene die Zilienentwicklung kontrollierten, berichteten die Studienautoren.
Gonzalo Giribet
In Deutschland wurden zwei lebende, verschlungene Süßwasser-Rosshaarwürmer, wissenschaftlich Gordionus violaceus genannt, gefunden.
Diese Gene, die auch in einzelligen Organismen namens Protisten und in einigen Pflanzen und Pilzen vorkommen, regulieren die Entwicklung kurzer, haarartiger Strukturen auf zellulärer Ebene, sogenannte Zilien. Zilien fungieren als Sensoren, helfen den Zellen bei der Bewegung und filtern Mikroben und Ablagerungen. Der Schwanz einer Samenzelle ist ein spezialisiertes einzelnes Cilium; Zilien helfen auch mikroskopisch kleinen Organismen beim Schwimmen und beim Fangen von Nahrung. Diese Strukturen bedecken die Oberflächen unserer Lunge und Atemwege und wachsen in Zellen unserer Netzhaut.
Über die Bewegungen der Würmer bleiben Geheimnisse
So nützlich Flimmerhärchen auch sind, Rosshaarwürmer scheinen auch ohne sie gut zurechtzukommen, berichteten die Wissenschaftler. Frühere Studien zu Nematomorphen haben gezeigt, dass ihnen Zilien fehlen, dies wurde jedoch nicht auf genetischer Ebene untersucht. Die neue Studie präsentiert eine neue Perspektive auf die Anomalie und „kombiniert molekulare Daten im Genommaßstab mit detaillierter morphologischer Beobachtung“, sagte der Biologe Keiichi Kakui, Dozent am Fachbereich Biowissenschaften der Universität Hokkaido in Japan.
Kakui, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war, war der Hauptautor einer Studie, die die ersten bekannten Beispiele von Jungtieren mariner Rosshaarwürmer in Tiefseekrebstieren, sogenannten Isopoden, identifizierte. Es sei jedoch nicht bekannt, wie diese Parasiten in ihrer Umgebung navigieren, insbesondere wenn ihnen grundlegende Sinnesstrukturen fehlen, die die meisten Tiere besitzen, sagte Kakui in einer E-Mail gegenüber CNN.
„Ich kann mir kaum vorstellen, wie diese Art ihren Wirt in der riesigen Tiefsee findet und in ihn eindringt“, sagte Kakui.
Bisher haben Wissenschaftler mehrere hundert Arten von Süßwasser-Rosshaarwürmern und fünf Arten von Meeres-Rosshaarwürmern identifiziert. Meerwasser-Rosshaarwürmer verbringen ihr gesamtes Leben im Wasser, Süßwasserarten leben jedoch erst im Erwachsenenalter im Wasser. Verhaltensmanipulationen von Wirtstieren sind nur bei Süßwasserarten bekannt.
Da die Abstammungslinien der Rosshaarwürmer im Meer und im Süßwasser vor Millionen von Jahren auseinander gingen, sei der genetische Verlust wahrscheinlich bei einem Vorfahren aufgetreten, und beide Abstammungslinien hätten Genome geerbt, denen die Gene für Zilien fehlten, erklärte Cunha. „Durch die Sequenzierung weiterer Haarwurmarten würden wir noch mehr Beweise dafür finden.“
Martin Sørensen
Inszenierte Fotos zeigen einen verstorbenen Hummer der Gattung Munida mit einem Meeres-Rosshaarwurm. Wissenschaftler haben kürzlich das Genom dieses Rosshaarwurms sequenziert, der vor Jahren in einem gedrungenen Hummer gefunden wurde. Sein Panzer ist geöffnet (rechts), um zu zeigen, wo der parasitäre Wurm gefunden wurde.
Laut Kakui ist die Arbeit „ein großer Fortschritt“, da die Genomdaten wertvolle Einblicke in phylogenetische Beziehungen und die Entwicklung des Parasitismus bei Nematomorphen und ihren nahen Verwandten bieten.
Parasiten, die das Verhalten des Wirts verändern, kommen in vielen verschiedenen Gruppen vor. Ophiocordyceps – die Pilzinspiration für die „Cordyceps“-Infektion in der HBO-Serie „The Last of Us“ – kapert das Gehirn einer Ameise und zwingt sie, auf erhöhte Sitzstangen zu klettern, wo sie stirbt, während der Pilz aus ihrer Leiche ausbricht. Der Protozoe Toxoplasma gondii unterdrückt die Angst der Nagetiere vor Raubtieren und macht infizierte Wölfe rücksichtsloser, wenn es um die Rudeldynamik geht. Parasitoide Wespen, die ihre Eier in Raupen legen, liefern auch Chemikalien, die die Wirte in Leibwächter für die Wespenjungen verwandeln.
Das Video oben, aufgenommen vom Entomologen Bruno de Medeiros, stellvertretender Kurator für Insekten am Field Museum of Natural History, zeigt Süßwasser-Rosshaarwürmer im kalifornischen Muir Woods National Monument.
Wissenschaftler sind immer noch dabei, die molekularen Mechanismen zu entschlüsseln, die diese Verhaltensänderungen auslösen. Mehr Genomdaten würden es Forschern ermöglichen, Gene zu vergleichen und ihre Rolle bei der Verhaltenskontrolle bei mehreren Parasitenarten zu identifizieren, sagte Cunha.
„Haben sie einige Gemeinsamkeiten in diesen Mechanismen – in den Genen, die sie haben oder nicht haben?“ Sie sagte. „Das sind einige der Fragen, auf die wir jetzt besser eingehen können, da wir mehr genomische Ressourcen für verschiedene Tiere aufbauen, die vorher nicht vertreten waren.“