„Für mich war es ein Moment wie auf dem Weg nach Damaskus“, erzählte mir James Truman, ein Entomologe, der sich an eine Begegnung im Alter von 16 Jahren erinnerte. „Meine Familie hatte einen Sommerplatz, einen Wohnwagen, am Ufer des Eriesees. Ich ging durch den Wohnwagenpark, als ich aufschaute und oben in einem Baum ein Insekt sah. Es war eine Schlupfwespe mit einem sieben Zentimeter langen Hinterleib.“ Er dachte: Was zum Teufel ist das? Diese Neugier „veranlasste mich, ein Buch zu kaufen“, sagte Truman. Es handelte sich um „Field Book of Insects“ von Frank E. Lutz, das erstmals 1918 veröffentlicht wurde, mit detaillierten Zeichnungen der wissenschaftlichen Illustratorin Edna Libby Beutenmüller. „Ich wusste immer, dass ich Biologe werden wollte, aber ich wechselte von einem Interesse zum anderen: Vögel, Säugetiere, was auch immer“, sagte Truman. Dann wurde er verwandelt. Er wusste, dass er Insekten studieren würde.
Insekten sind zwar klein, aber sie machen mehr als achtzig Prozent der Tierarten aus. Sie haben auch einen besonderen Zauber: Die meisten von ihnen durchlaufen eine vollständige Metamorphose. Der Marienkäfer beginnt sein Leben als stacheliger schwarzer Krabbler; Der Gartentigerspinner beginnt sein Leben als Raupe mit üppigem Fell. Einige Fische und Amphibien verwandeln sich ebenfalls (Säugetiere niemals!), aber weil Insekten Exoskelette haben – ihre metamorphe Transformation findet außer Sichtweite statt – kann die Wirkung beim Auftauchen des erwachsenen Lebewesens in voller Gestalt so erstaunlich sein, wie wenn Athene einen fallenden Perdix in ein Rebhuhn verwandelt , oder Daphne wird in einen Lorbeerbaum verwandelt.
Als Studienanfänger in Notre Dame arbeitete Truman in einem Labor für Mückengenetik, das von dem renommierten Entomologen George Craig geleitet wurde. während er sein Mittagessen aß. Als Truman ankam, hatte Craigs Labor, das sich hauptsächlich auf die Identifizierung von Mutationen konzentrierte, die bei der Linderung von durch Mücken übertragenen Krankheiten helfen könnten, ein Nebenprojekt, das sich mit einem Pheromon namens Matrone befasste. Während der Paarung setzt die männliche Mücke Matrone frei, was zur Folge hat, dass die weibliche Mücke sich nicht mehr paaren möchte. „Sie will nur Blut“, sagte Truman. Weibliche Mücken paaren sich daher nur einmal. „Das war für mich so erstaunlich“, bemerkte Truman, „dass ein Hormon eine so dramatische Verhaltensänderung bewirken konnte.“
Truman absolvierte seine Abschlussarbeit im Labor der Biologin Lynn Riddiford in Harvard. Sie interessierte sich auch für hormonelle und andere Faktoren, die das Wachstum und Verhalten von Insekten beeinflussen. (Die beiden heirateten später, obwohl Riddiford Truman sagte, dass sie ihn erst nach seinem Abschluss heiraten würde.) Diese Untersuchungsrichtung prägte weiterhin Trumans Forschungen. „Ich habe mit riesigen Seidenspinnern gearbeitet“, sagte Truman, einem Lebewesen, dessen Lebenszyklus so formverändernd ist wie in jeder Ovid-Geschichte. Zunächst handelt es sich um eine winzige Raupe mit einer Länge von etwa sechs bis sieben Millimetern. Dann häutet es sich viermal – dabei wächst es auf fast das Tausendfache seiner ursprünglichen Größe an – hüllt sich in einen Kokon aus Seide und schlüpft als große Motte heraus, die kein funktionierendes Maul hat und nicht fressen kann und daher bereits nach sieben Tagen stirbt sind verstorben und streben daher eine sofortige Paarung an. Truman untersuchte die Hormone, die diese Veränderungen regulieren, und „war von der Metamorphose begeistert und interessierte sich für das Verhalten bei der Metamorphose“, sagte er. „Diese Interessen verschmolzen mit dem Wunsch zu verstehen, wie sich das Gehirn insbesondere bei der Metamorphose verändert. Ich wollte verstehen, wie sich das Gehirn einer Raupe in das Gehirn einer Motte verwandelt.“
Während eines Sabbaticals an der Universität Cambridge machten Truman und Riddiford eine Pause von der Arbeit an Motten und begannen, sich mit ihnen zu beschäftigen Drosophila, besser bekannt als Fruchtfliegen. „Es gab keine genetischen Werkzeuge für diese riesigen Seidenspinner, aber es gab gute genetische Werkzeuge dafür Drosophila“, sagte Truman. Wissenschaftler verfügen über außerordentlich detaillierte Kenntnisse über die genetische Ausstattung von Fruchtfliegen. Es gibt Werkzeuge, um bestimmte Gene auszuschalten und zu verändern, wie oder wann sich ein Gen ausdrückt. Sie können ganz einfach Fruchtfliegen mit allen möglichen Mutationen bestellen – Sie können sogar eine mit einer Genmutation bestellen, die dazu führt, dass den Fliegen Beine wachsen, an denen normalerweise Antennen wachsen. Solche Forschungen gehen auf Arbeiten des Biologen Thomas Hunt Morgan vor fast einem Jahrhundert zurück, der den sogenannten Fly Room an der Columbia University leitete. Heutzutage haben Forscher Zugriff auf mehr als zwei Millionen Zeilen Drosophila; Dies ermöglicht die präzise Manipulation nahezu aller biologischen Aspekte, die Sie sich im Larven- oder Erwachsenenstadium vorstellen können. „Bei Fruchtfliegen sind wir nur auf die Vorstellungskraft beschränkt, nicht auf die Technik“, sagte Truman.
Truman und sein Team wollten mit großer anatomischer Genauigkeit wissen, wie viel vom Gehirn einer Larve im Gehirn einer erwachsenen Fliege verbleibt. „Wir können uns bei einer kleinen Heuschrecke vorstellen, dass die Erfahrungen, die sie als Erwachsener gemacht hat, die Funktionsweise ihres Gehirns beeinflussen könnten“, sagte Truman am Beispiel der Heuschrecken, da diese keine vollständige Metamorphose durchlaufen. „Aber was ist, wenn die Veränderung, die einem Insekt widerfährt, so massiv ist“, wie bei einer vollständigen Metamorphose? „Kommst du dann eine tabula rasa heraus? Oder wird Ihr Leben als Erwachsener irgendwie durch Ihr Leben als Larve beeinflusst?“ In einem kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel eLifeTrumans Team verfolgte, wie sich die neuronalen Verbindungen beim Übergang veränderten Drosophila Von der Larve zum Erwachsenen – was wurde umgestaltet, was wurde zerstört, was wurde neu erzeugt.
Trumans Team untersuchte ein neuronales Zentrum des Larvenhirns, den sogenannten Pilzkörper, der das olfaktorische Lernen vermittelt. Für ein Insekt ist der Geruchssinn der mit Abstand wichtigste Sinn. Eine Larve könnte lernen, einen bestimmten Geruch mit etwas Positivem oder Negativem zu assoziieren. Aber erinnert sich eine erwachsene Fruchtfliege an die in der Jugend entstandene Verbindung? Wir könnten uns das als Pawlows Fruchtfliegenfrage vorstellen. Was Trumans Team tat, war, anhand anatomischer Details einen Weg zu finden, um zu sehen, ob eine dieser neuronalen Verbindungen durch Metamorphose stabil war, „um zu sehen, ob es irgendeine Kontinuität gab“, sagte Truman. “Da war keiner. Ich meine, das Gehirn ist ein komplizierter Ort. Aber auf der einfachsten Ebene waren diese neuronalen Beziehungen durcheinander, sie waren verschwunden.“
Wir denken oft, dass unser „Selbst“ in unserem Gehirn angesiedelt ist. Trumans Arbeit erinnert mich an die klassische Frage, ob das Schiff des Theseus dasselbe bleibt, wenn jedes Brett und jeder Teil davon ersetzt wird; Es ist eine Art Identitäts-Koan für sich verwandelnde Arthropoden. „Es ist die ultimative Ich-Ich-Situation“, sagte Bertram Gerber, Leiter der Abteilung Genetik des Lernens und Gedächtnisses am Leibniz-Institut für Neurobiologie. Gerber beschrieb Trumans Arbeit als den „bisher tiefgreifendsten Einblick in das, was mit dem Gehirn bei der Metamorphose passiert“ und stellte fest, dass sie mit „beispielloser Detailliertheit, Präzision und experimenteller Eleganz“ zeigt, wie die Verbindungen im Insektengehirn so dramatisch beschnitten und nachgewachsen werden.
Obwohl wir sie schlagen und zertrampeln – wenn wir nicht versuchen, sie zu ignorieren – haben Insekten insgesamt eine größere Biomasse als Menschen. Sie waren nicht immer so dominant. Während der frühen Karbonzeit (vor etwa dreihundertfünfundsiebzig Millionen Jahren), als es meterlange Skorpione und sechs Meter lange krokodilähnliche Kreaturen gab, entwickelten Insekten irgendwie Flügel. „Niemand sonst konnte etwa fünfzig Millionen Jahre lang fliegen – die Insekten hatten die Luft ganz für sich allein“, sagte Truman. Fossilien zeigen jedoch, dass die kleinen Flügel sehr junger Insekten anfällig für Beschädigungen waren; Eine evolutionäre Lösung bestand darin, die Flügel innerhalb eines geschützten Flügelpolsters entwickeln zu lassen. Die Flügel konnten dann entstehen, wenn das Insekt ausgewachsen war, ein Wachstumsmuster, das wir heute unter anderem bei Heuschrecken und Zikaden beobachten. Es ist eine Veränderung – eine Metamorphose –, aber sie wird als „unvollständig“ bezeichnet. Es ist nicht so dramatisch wie das klassische Beispiel der Verwandlung einer Raupe in einen Schmetterling, eine Veränderung, die intuitiv so unglaubwürdig ist, dass im 19. Jahrhundert ein Naturforscher in Chile verhaftet wurde, weil er Raupen bei einem Mädchen zurückgelassen und ihr gesagt hatte, dass sie zu Schmetterlingen werden würden, wenn sie sie füttere; Die herrschenden Bürger hielten es für eine Ketzerei.
Zehn Millionen Jahre nach der Entwicklung der Flügel kam es zu einer vollständigen Metamorphose. „Es geschah, und dann explodierte die Vielfalt der Insekten, was die Zahl angeht“, sagte Truman. Ameisen, Bienen, Fliegen, Mücken, Motten – diese sehr erfolgreichen Ordnungen durchlaufen alle eine vollständige Metamorphose und haben alle einen gemeinsamen Vorfahren.
Der praktische Nutzen der Metamorphose ist für einen Nichtbiologen nicht sofort klar. Die Metamorphose erscheint übermäßig großartig und aufwändig. Welche Belohnung könnte die Mühe wert sein, den eigenen Körper so radikal zu verändern? Truman erinnerte sich: „Mein alter Lehrer Carroll Williams pflegte zu sagen: ‚Eine Raupe ist ein Darm auf Raupenketten, der sich dann in eine Flugmaschine verwandelt, die dem Sex gewidmet ist.‘ „Die Metamorphose ermöglicht eine extreme Spezialisierung: Nahrungsaufnahme und Wachstum im Larvenstadium, dann Paarung im Erwachsenenstadium. „Wenn Sie sich ein Beispiel einer unvollständigen Metamorphose wie Heuschrecken ansehen, fressen die junge Heuschrecke und die erwachsene Heuschrecke dasselbe und konkurrieren daher um Ressourcen“, sagte Truman. „Plötzlich kann man mit der Metamorphose die Ressourcen trennen.“ Eine Raupe frisst Blätter; Ein Schmetterling ernährt sich von Nektar. Darüber hinaus kann sich eine kurzlebige Larve daran gewöhnen, kurzlebige Nahrungsquellen zu fressen, etwa Fruchtfliegen auf einer verrottenden Halborange oder Mistkäfer auf Hirschkot.
Was in der Arbeit von Truman und Riddiford im Laufe der Jahre hervorsticht, ist unter anderem ihre wohlbegründete Vermutung, dass sich bei Insekten mit vollständiger Metamorphose das Frühstadium des Tieres später entwickelte als die erwachsene Form. Dies ist das Gegenteil der Evolutionsansicht, die wir bekommen – etwas fehlerhaft, aber suggestiv –, wenn wir zusehen, wie eine Kaulquappe, ein fischartiges Ding, zu einem Frosch heranwächst, einem Lebewesen, das an Land gehen kann. Der Lebenszyklus des Frosches ähnelt einer Wiederholung der Entwicklung von Fischen, die sich über Äonen zu Amphibien entwickeln. Bei der Insektenmetamorphose läuft die Zeitlinie sozusagen rückwärts, wobei die neuere Entwicklung, die Larve, zuerst erscheint und sich dann wie im Zeitablauf fortsetzt, um zum konventionellen Erwachsenen zu werden. Es ist die Jugend, die eine wilde Erfindung ist.
Als die deutsche Botanikerin und Entomologin Maria Sibylla Merian dreizehn war, besaß sie ein Papierhaus, in dem sie Seidenraupen züchtete und ihnen beim Kokonbau zusah. Merian wurde 1647 geboren, ein Jahr vor dem Westfälischen Frieden, der den Dreißigjährigen Krieg beendete, und ging bei ihrem Stiefvater, einem Maler, in die Lehre. Als Künstlerin stellte sie die Lebenszyklen von Seidenraupen, Raupen und anderen sich verändernden Lebewesen dar, und ihre Arbeit war dafür bekannt, die Lebewesen in ihrer Umgebung mit ihren Nahrungsquellen zu zeigen – weil sie sie in ihrem Reich sah. Später verließ sie ihren Mann und trat drei Jahre lang einer religiösen Gemeinschaft bei. Nach dem Tod ihrer Mutter ging sie dann mit ihren beiden Töchtern nach Amsterdam und verdiente ihren Lebensunterhalt mit der Führung eines Malateliers und dem Verkauf von Drucken sowie ungewöhnlichen Pflanzen und Insekten. Im Alter von 52 Jahren reiste sie mit ihren Töchtern nach Suriname und verbrachte dort etwa zwei Jahre damit, Wunder zu dokumentieren, an denen andere zweifelten, etwa eine Vogelspinne, die groß genug war, um einen Kolibri zu fressen, und Ameisen, die ihre Körper als Brücken für andere Ameisen nutzten kreuzen. Versklavte Menschen halfen Merian in Surinam bei der Suche nach Flora und Fauna.
Merian war möglicherweise auch der erste Mensch, der den Lebenszyklus der Schlupfwespe dokumentierte, die Truman als Teenager so beeindruckte. Sie beschrieb, wie einige Kokons, aus denen sie erwartete, dass Schmetterlinge schlüpfen, stattdessen Wespen enthüllten. Darwin beobachtete auch Schlupfwespen und sagte über sie, er könne sich nicht davon überzeugen, dass „ein gütiger und allmächtiger Gott sie absichtlich“ erschaffen hätte. ♦