Viele Bienenarten besitzen eine unverwechselbare Färbung. Bei Hummeln stechen die prägnanten Streifen besonders hervor, was eine Zuordnung auch für weniger geschulte Augen ermöglicht. Der Evolutionsgenetik fällt bei der Gestaltung der unverwechselbaren Farbmuster eine besondere Rolle zu.

Ein Team von Forschern hat herausgefunden, wie das für die Strukturen und Segmente bei Bienen wichtige Entwicklungsgen, das so genannte Hox-Gen, einen komplexen Satz nachgeschalteter Gene aktiviert, die letztendlich die segmentalen Veränderungen in der Pigmentierung einer Biene bewirken.

„In einer früheren Arbeit konnten wir nicht erklären, wie eine Veränderung des Hox-Gens namens Abdominal-B zu einer Veränderung der Pigmente führt, die Bienen färben“, so Professorin Heather Hines von der Pennsylvania State Universität. „In unserer Studie haben wir nun versucht, diese Lücke zu schließen und zu verstehen, auf welche Gene dieses erste Gen abzielt und welche Ereigniskaskade letztendlich zu diesen mimetischen Farbunterschieden führt.“

Das genomische Targeting eines wichtigen Entwicklungsgens ermöglicht es, mehrere Melanin-Gene und nicht nur ein spezifisches Enzym zu verändern, um Farbmerkmale zu verstärken. Die Studienergebnisse tragen auch zum Wissen über die Gene bei, die an der Produktion eines Pigments namens Phäomelanin beteiligt sind. Es war bisher bekannt, dass das Pigment bei Wirbeltieren an der Rotfärbung beteiligt ist; es ist noch nicht lange bekannt, dass es auch bei Insekten anzutreffen ist.

Laut Heather Hines bleibt noch viel Arbeit, um die evolutionäre Genetik der Bienen zu verstehen: „Wenn wir diese Gene verstehen, haben wir jetzt das Potenzial, so viele verschiedene Bienenarten und ihre Diversifizierung zu untersuchen. Es ist also nicht so, dass bereits alle Arbeit getan wäre. Angesichts der Vielfalt der Bienen ermöglicht diese Entdeckung noch viel mehr. Das ist wirklich nur der erste Schritt.“

Forscher neigen dazu, bestimmte Modellorganismen zu verwenden, wenn sie die Evolutionsgenetik untersuchen, weil sie bequem und leicht zu studieren sind. Dies ist eine der wenigen Studien, die Farbgene außerhalb dieser gut untersuchten Nicht-Modelle untersucht haben. Das Studium von Nicht-Modellsystemen ermöglicht es Forschern, die Entwicklung einiger der außergewöhnlichsten Formenvielfalt der Natur zu verstehen, wie etwa die Färbung bei Bienen.

„Dies trägt wirklich zur nicht modellhaften, evolutionären genetischen Forschung bei, die ein wachsendes Feld ist und das Feld auch erweitert, um vergleichender zu sein“, erklärt Heather Hines. „Im weiteren Verlauf werden die Forscher untersuchen, wie sich Gene und Genwege in einer breiteren Artenvielfalt entwickelt haben.“

Die Forscher verließen sich auf einen Roar-Supercomputer für die Untersuchungen der Genexpression an den Hummeln. „Der Einsatz von Hochleistungsrechenleistung hat diese Art von Forschung leichter handhabbar und reproduzierbar gemacht“, so Studienautor Sarthok Rahman von der Universität Alabama. „[...] Da es sich um einen Nicht-Modellorganismus handelt, mussten wir auch andere genomische Quellen beispielsweise von Drosophila und Mäusen verwenden, um die Gene zu suchen und die Identität zuzuordnen. Diese Analysen können ziemlich rechenintensiv sein und würden viel Zeit in Anspruch nehmen, wenn sie auf einem handelsüblichen Notebook oder PC durchgeführt würden. [...]“