Wie haben sich die Genitalien von Tieren co-diversifiziert? Die Verknüpfung von Biomechanik mit der Evolution von Genitalien bei Insekten

• Antragstellerin: Dr. Yoko Matsumura
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 373428351

Die rasche Diversifizierung von Genitalien ist einer der vorherrschenden evolutiven Trends bei internen Inseminatoren. Die Prozesse, die zu dieser Formenvielfalt führten, wurden in den letzten Jahrzehnten mit aufkeimendem Interesse untersucht. Umfangreiche Studien legen nahe, dass sexuelle Selektion eine wichtige Triebkraft der Genitaldiversifizierung ist. Bisher weitgehend vernachlässigte Hypothesen, Schloss und Schlüssel, natürliche Auslese und Pleiotropie, werden aufgegriffen und hinsichtlich ihrer evolutionären Bedeutung diskutiert.Trotz intensiver Forschung zur Genitaldiversifikation wurde der Zusammenhang zwischen Genitalstruktur und ihrer Funktionalität bis heute weitgehend vernachlässigt. Da Selektionsfaktoren hauptsächlich auf die Funktionalität wirken und nur indirekt auf morphologische Merkmale, haben meine Kooperationspartner und ich uns in den vorherigen Studien intensiv mit der Biomechanik von Genitalinteraktionen bei Insekten beschäftigt. Eine wichtige Erkenntnis war, dass eine quantitativ messbare Variation in der Morphologie die Funktionalität der Struktur tiefgreifend verändern kann. Im Rahmen des vorhergehenden Projekts entwickelten wir die „Funktionalitäts-Landschafts-Hypothese“ (FL-Hypothese); diese besagt, dass durch die morphologische Variabilität der Genitalien, welche bei nah verwandten Arten quantitativ erfasst werden konnte, hypothetische männliche und weibliche Genitalkombinationen mit geringerer Funktionalität existieren. Daraus leiten wir ab, dass intrinsische Mechanismen, eine wichtige Rolle bei der Ko-Diversifizierung von Genitalien spielen in Kombination mit den bisher erwähnten Antriebskräften.Das Hauptziel des hier vorliegenden Projekts ist es, diese FL-Hypothese zu testen. Der Fokus liegt auf der genauen Interaktion der Genitalien beim Eindringen von verlängerten Genitalien und der Spermienspeicherung.Das Ziel des Projektes ist: (i) die Untersuchung von Kausalzusammenhängen zwischen morphologischen Merkmalen sowohl männlicher als auch weiblicher Genitalien und ihrer Funktionalität bei verschiedenen Insektengruppen mithilfe von biomechanischen Ansätzen. Die Mechanik der sexuellen Interaktionen wird durch eine Kombination aus moderner Mikroskopie-Technik, der Analyse von Materialeigenschaften und theoretischen Berechnungen untersucht.Des Weiteren soll (ii) die FL-Hypothese geprüft werden. Quantitativ messbare Variationen der hypothetischen und physikalischen Genitalien werden auf ihre potentielle Funktionalität überprüft, indem mechanische Tests mit künstlichen Modellen durchführt werden, u.a. werden 3D-gedruckte Genitalien mit verschiedenen Morphologien und Materialeigenschaften verwendet, um den Penetrationsprozess zu simulieren. Dadurch kann das simulierte mechanische Verhalten miteinander verglichen werden. Das hier beantragte Projekt wird eine bisher fehlende Perspektive zur Genitaldiversifikation eröffnen und im Rahmen einer ersten, konkrete Studie einen Beitrag zur Überprüfung dieser Theorie liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen