Forscher haben ein Gen entdeckt, das für Farbunterschiede innerhalb einer Hummel-Art verantwortlich ist. Diese Entdeckung hilft, die sehr unterschiedlichen Farbmuster bei Hummel-Arten zu erklären und wie sich Mimikry entwickelt, wenn Individuen in einem Gebiet, ähnliche Farbmuster annehmen.

„Es gibt eine außergewöhnliche Farbvielfalt bei den Hummeln“, so Heather Hines von der Pennsylvania State Universität. „Bei den rund 250 Hummel-Arten gibt es über 400 verschiedene Farbmuster, die im Grunde dieselben wenigen Farben über die verschiedenen Segmente des Bienenkörpers mischen und zusammenfügen.“

Die häufigsten Hummeln-Farbmuster zeigen Rot um das Hinterteil der Bienen, um den gefährlichen Stachel zu betonen. Trotz der großen Vielfalt, die zur Verfügung steht, tendieren Farbmuster dazu, sich innerhalb einer bestimmten geografischen Region auf Ähnlichkeit zu konzentrieren, da sie als wichtiges und wirksames Warnsignal dienen. Dies ist ein Beispiel für die Müller‘sche Mimikry, bei der ähnliche, oft lebhafte Farbmuster unter mehreren Arten verwendet werden, um Raubtiere vor gefährlichen Eigenschaften wie Toxizität oder spitzen Stacheln zu warnen.

„Die Müller‘sche Mimikry hat seit den Tagen von Darwin als Beispiel für die Evolution gedient“, erläutert Heather Hines. „Durch das Studium dieser Mimikry-Systeme – ähnlichen Farbmustern bei vielen verschiedenen Arten – können wir sehen, wie sich natürliche Merkmale entwickeln. Es kann uns auch sagen, wie Merkmale im Genom codiert werden: Gibt es nur eine Möglichkeit, ein Merkmal zu erzeugen oder kommen verschiedene Arten über unterschiedliche genetische Pfade zu ähnlichen Merkmalen?“

Das Forscherteam untersuchte die genetischen Grundlagen der Farbe in der Spezies Bombus melanopygus, die zwei regionale Farbmuster aufweist. Hummeln der pazifischen Küstenregion sind im Unterleib schwarz, während die der Rocky Mountains rot sind. Frühere Studien legten nahe, dass ein einzelnes Gen diese Farbänderung vorantreibt, obwohl die Identität dieses Gens nicht bekannt war.

Die Forscher führten eine genomweite Untersuchung durch, bei der sie nach Variationen in der DNA-Sequenz suchten, die mit Variationen eines Merkmals zusammenhängen. Sie identifizierten eine regulatorische Region, die die Expression in einem Gen namens „Abdominal-B“ ändert, das die Farbverschiebung verursacht.

„Abdominal-B befindet sich in einer hochkonservierten Region des Genoms, die wichtige Mustergene enthält, die als ‚Hox-Gene‛ bezeichnet werden, die als Baupläne für die Segmente einer sich entwickelnden Bienenlarve dienen“, so Heather Hines. „Normalerweise löst jede Änderung dieser Hox-Gene viele andere wichtige Änderungen in der Entwicklung der Segmente des Tiers aus, aber diese anderen Veränderungen haben wir nicht gesehen. Es stellt sich heraus, dass die veränderte Expression von Abdominal-B so spät in der Entwicklung vorkommt, dass sie sehr spezifische Auswirkungen auf die Farbe haben kann, ohne andere Auswirkungen.“

Die Veränderung der Regulationsregion führt dazu, dass sich Abdominal-B an einem ungewöhnlichen Ort spät in der Larvenentwicklung ausprägte. Zur gleichen Entwicklungszeit zeigt sich das Pigment der Biene. Abdominal-B zeigt sich normalerweise näher am Hinterleib der Biene, aber bei den rotgestreiften Hummeln kommt es in Segmenten weiter in Richtung Kopf zum Ausdruck, was zu einer Farbverschiebung im mittleren Bauchbereich führt.

„Es ist möglich, dass sich die Expression dieses Gens und anderer Hox-Gene zu einem späten Zeitpunkt in der Entwicklung zeigt, was das Mischen und Anpassen innerhalb von Segmenten ermöglicht, um die modularen Farbmuster zu erzeugen, die wir bei Hummeln sehen“, so Heather Hines.

Den Forschern zufolge war diese besondere genetische Veränderung in der regulatorischen Region nicht für Farbverschiebungen bei zehn eng verwandten Arten von Hummeln mit ähnlichen Rot- und Schwarzfarbvariationen verantwortlich. Es ist wahrscheinlich, dass diese anderen Spezies genetischen Veränderungen unterliegen, die auf andere regulatorische Regionen desselben Gens oder auf andere Gene abzielen. Die Forscher untersuchen künftig die Genetik der Farbverschiebungen zwischen den Arten.

„Dies sagt uns, dass die Grundlage für die Farbmusterung bei Bombus melanopygus unabhängig von der Musterbildung bei anderen Arten entstanden ist“, erklärt Heather Hines. „Hummeln haben diese Ähnlichkeit im Farbmuster nicht gemeinsam, da sie alle von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt wurden. Es muss also viele verschiedene Wege der Mimikry geben.“