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Arachno-Blog

Spinnensex in (R)Evolution - Spider sex in (r)evolution

03.06.2014, 12:05, Kommentare 1 Kommentar

English Version below

Heute gibt es mal keinen Bericht aus fernen Ländern, keine taxonomischen Finessen und auch (fast) keine neuen Arten. Dieses Mal geht es um harte Fakten…aus der Evolution. Im Mittelpunkt steht „Spinnensex“ beziehungsweise das, was wir Taxonomen als morphologische Strukturen, sozusagen als fleischgewordene Evolution, benutzen, um Arten von einander zu unterscheiden. Wie man sich vorstellen kann, ist ein kleiner Exkurs nötig, um diese Strukturen vorzustellen. Dazu reisen wir 500 Millionen Jahren in die Vergangenheit:

Hier tummelten sich Organismen ausschließlich im Urmeer, nicht weil es darin so angenehm war wie in einem wohltemperiertem Wellnesspool, sondern weil es an Land vollkommen ungemütlich, ja lebensfeindlich zuging. Die Atmosphäre gab einfach noch nicht genug her zum Atmen. Sauerstoff wurde erst mit Aufkommen großer Pflanzenbestände produziert und reicherte sich in der Atmosphäre an. Als der Sauerstoffgehalt vor 350 Millionen Jahren das heutige Niveau erreichte, drängten sich Lebensformen auf das Land, darunter auch die Spinnen oder ihre Vorläufer. Nicht etwa, weil es ihnen zu eng wurde im Ozean, sondern weil es möglich war. Evolution versucht und nutzt alles, was geht, wirklich alles! Ein wichtiger Grundsatz, der uns später noch begleiten wird.

Aber kommen wir auf die Tiere und vor allem auf die Fortpflanzung zurück, um die es ja gehen soll. Im Wasser war alles einfacher, mit der Besamung, der Befruchtung der Eizellen. An Land aber gab es Schwierigkeiten: Sonnenlicht mit schädlichen UV-Strahlen, Trockenheit, Pilze, Bakterien. All das erforderte Innovationen, Umbauten im Bauplan. Einige Tiere entwickelten einen Penis zu Spermaübertragung: Das kennen wir. Aber auch den Weberknechten ist es nicht fremd. Einige Tiere verpackten ihr kostbares Gut in Spermatophoren, kleine Pakete, die sie entweder direkt oder indirekt an das Weibchen weitergaben. Wir können das heute bei den Milben, Skorpionen und einigen tropischen Gruppen der Spinnentiere beobachten.
Und was machten die Spinnen? Die Männchen entwickelten an ihrem Taster, einer Extremität zwischen Beißwerkzeug und Laufbeinen, ein Organ, den Bulbus. Einfach gesprochen ist er eine aufgetriebene Struktur mit einer Spitze. Am Ende dieser Spitze befindet sich ein Loch, welches in einen blind endenden Schlauch führt. Einmal die Spermien von einem Tropfen auf einem Netz, dem Spermanetz, aufgesaugt, kann ein Männchen auf die Suche nach einer Partnerin gehen und nach einem Balzritual die Spermien in die Samentaschen des Weibchens übertragen.

So weit so gut. Diese Organe —und ich beziehe mich im Nachfolgenden immer auf die männlichen Organe, ähnliches giltCebrennus rechenbergi natürlich auch für die weiblichen Pendants— wurden von der Evolution dermaßen stark und variationsreich geformt, dass wir (fast) alle 45.000 Spinnen-Arten daran unterscheiden können! So teilen die Arachnologen die Spinnen in Gruppen ein wie die Haplogynae (die mit einfachen Kopulationsorganen) oder die Entelegynae (die mit einem zusätzlichen Gang und in der Regel komplexer aufgebauten). Innerhalb der letzten Gruppe gibt es den sogenannten RTA-Clade, eine Gruppe von Spinnen, die an ihrem Taster eine Retro-Laterale Apophyse (RTA) besitzen. Es handelt sich um etwa 24.000 Arten, also etwa ein die Hälfte der Gesamt-Araneofauna unseres Planeten?
Zum RTA-Clade werden 44 Familien gezählt, darunter auch die Sparassidae oder Riesenkrabbenspinnen, meine „Spezialität“. Auch sie haben alle eine Apophyse, diesen Fortsatz. In verschiedenen Ausprägungen, aber wahrscheinlich alle mit derselben Funktion: Bei der Kopulation stellt die RTA den Erstkontakt zwischen männlichen und weiblichen Kopulationsorganen her, rastet ein, arretiert den Taster während der Kopulation. Eine wichtige Funktion. So ist zu erklären, dass bei fast allen Nachfahren des Urahnen, der die RTA gleichsam erfunden hat, dieser Fortsatz als essentieller Bestandteil des Kopulationsrituals vorhanden ist.

In der Wüste Erg Chebbi im Nordosten Marokkos lebt eine Spinnenart, die ich nach ihrem Sammler, Prof. Ingo Rechenberg, benannt habe. Das Besondere an ihr, das die Medien verzaubert: sie kann einen Flick-Flack schlagen, wenn sie beunruhigt oder bedroht wird. Dabei ist sie doppelt so schnell wie im normalen Laufmodus. Das wichtigste Detail, welches es nicht in die Presse geschafft hat: die RTA fehlt! Oder zumindest fast. Sie ist so klein, dass sie funktional keine Rolle übernehmen kann. Es wäre viel Text notwendig gewesen, um zu erklären, warum das besonders ist. Bis hierhin genau 655 Wörter! Das sprengt jede Pressemitteilung. Cebrennus rechenbergi, mit ihrem wissenschaftlichen Namen, kopuliert auch, es gibt Fotos aus der Wüste. Herr Rechenberg hat sie gemacht. Aber wie paart sie sich?
Gerade noch haben wir die RTA als notwendiges Detail bei der Begattung erlebt. Bei anderen Arten der Gattung Cebrennus ist die Apophyse vorhanden, z.T. sehr lang. Aber es gibt unter den 17 Arten dieser Gattung zwei, die auch eine deutlich kürzere RTA haben und in die nähere Verwandtschaft von Rechenbergs Flick-Flack-Spinne gehören. Hier zeigt die Evolution uns förmlich, dass sie es kann. Sie kann eine wichtige Struktur verschwinden lassen. So dass wir Biologen zunächst staunen, wenn wir es zum ersten Mal sehen. Wie ein Kind, das bei einem Zaubertrick mit offenem Mund staunt. Aber wie bei einem Zaubertrick hat auch die Evolution für uns banale Erklärungen parat. Die wahrscheinlichste ist, dass eine andere Struktur die Funktion der RTA übernommen hat. Wir kennen die Struktur noch nicht, haben sie vielleicht übersehen. Oder wir kennen sie, konnten aber schlicht ihre Funktion nicht erkennen. So staunen wir und schauen der Evolution mit offenem Mund zu, wie gerade ein Vorfahr entsteht OHNE retrolaterale Tibia-Apophyse. So wie es dem Vorfahr der Wolfspinnen ergangen ist, ebenfalls eine Familie im RTA-Clade. Über 2400 Wolfspinnen-Arten sind weltweit bekannt, --- alle ohne RTA.

Am liebsten würde ich mich in Marokko in die Wüste setzen und ein paar Millionen Jahre der Evolution zuschauen, wie aus den Nachfahren von Cebrennus rechenbergi eine eigene Familie entsteht, der RTA-lose Clade … die Cebrennidae!

Peter Jäger, Senckenberg Forschungsinstitut Frankfurt

Fotos: Ingo Rechenberg, TU Berlin
Zeichnungen: Peter Jäger

 RTA Vergleich


 

Spider sex in (r)evolution

Today, there will be no report from distant countries, no taxonomic intricacies, and (almost) no new species. This time, we will deal with hard facts ... from the evolution. This article is centered around “spider sex,” or rather the morphological structures – as an incarnation of evolution, so to speak - that we taxonomists use to distinguish one species from another. As you can imagine, a small excursion is in order to introduce these structures. For this, we will travel 500 million years back into the past:

Here, organisms thrive exclusively in the primordial ocean – and not because it was as cozy as a well-tempered wellness pool, but because the conditions on land were uncomfortable at best, or even downright deadly. The atmosphere simply did not produce enough oxygen yet to allow proper breathing. Oxygen production only began with the occurrence of large stands of plants and eventually accumulated in the atmosphere. Once the oxygen concentration reached its current level around 350 million years ago, life forms began to conquer the dry land – and among them, spiders or their predecessors. They took this step not because the ocean had become too crowded, but simply because it was now possible. Evolution will try and take advantage of everything that works – truly everything! This is an important principle, which we will encounter again later on.

But let us get back to the animals, and especially their reproduction, which is supposed to be today’s topic. In the water, the processes of insemination and fertilization of the eggs were much easier. On land, they encountered any number of difficulties: sunlight with harmful UV rays, draught, fungi and bacteria. All this called for innovations, a restructuring of the organisms’ blueprints. Some animals developed a penis for the purpose of sperm transfer – we are familiar with that. But the harvestmen know it, as well. Some animals contain their precious goods in spermatophores, small packages that are either directly or indirectly passed on to the female. We can observe this method today among mites, scorpions and certain tropical groups of arachnids.
But how do the spiders do it? The males have developed an organ on their pedipalps —an extremity located between the chelicerae (fangs) and the legs— the so-called bulbus. In simple terms, it is a distended structure that comes to a point. The end of this point contains an opening that leads into a hose with a blind end. Once it has sucked up the sperm cells from a drop deposited on the sperm net, the male will set out in search of a partner and, following a display ritual, transfer the spermatozoa into the female’s spermatheca (sperm pouch).

So far, so good. Through the process of evolution, these organs – in the following, I always refer to the male organs, although similar facts apply to the female counterparts, as well – were developed in such a decisive and varied fashion that we can use them now to tell apart (almost) all of the 45,000 species of spiders. Thus, arachnologists divide the spiders into groups such as the Haplogynae (with simple copulation organs) or the Entelegynae (with an additional duct and more complex organs, as a rule). Within the latter group, there exists a so-called RTA clade, a group of spiders that possess a retro-lateral apophysis (RTA) on their feeler. This concerns approximately 24,000 species, i.e., about half of the planet’s total araneofauna. The RTA clade comprises 44 families, including the Sparassidae or huntsman spiders, my “specialty.” They all possess this same the apophysis – in different manifestations, but most likely always with the same function: during copulation, the RTA initiates the first contact between the male and female copulation organs, it locks into place and immobilizes the feeler during copulation. This is an important function, which may explain why almost all descendants of the original ancestral form, which quasi invented the RTA, still maintain this process as an essential part of the copulation ritual.

The desert Erg Chebbi in northeastern Morocco is home to a species of spider that I named after its collector, Prof. IngoCerbrennus rechenbergi Rechenberg. This spider’s special characteristic, which has mesmerized the media, is the fact that it can perform a flick-flack jump when it is disturbed or threatened. During this, it reaches speeds twice as fast as in normal running mode. The most important detail, which never made it to the press: this species lacks an RTA! Or almost does. The structure is so tiny that it cannot play a functional role. A lot of text would have been necessary to explain why this is something so special – exactly 764 words to this point! That exceeds the scope of any press release. Cebrennus rechenbergi, as the scientists call it, does copulate, there are photos from the desert that were taken by Mr. Rechenberg. But exactly how does it mate???

We have just encountered the RTA as a necessary prerequisite for copulation. In other species of the genus Cebrennus, the apophysis is present and often quite long. But there are two species among the 17 that have a significantly shorter RTA and that are most closely related to Rechenberg’s flick-flack spider. In this case, evolution quite literally shows off what it can do – it can simply make an important structure disappear. Seen for the first time, this astounds us biologists, like a child who watches a magic trick with his mouth wide open. But just like with a magic trick, evolution offers us a very banal explanation. Most likely, another structure has taken over the function of the RTA. We do not yet know this structure, perhaps we have overlooked it so far. Or maybe we know it but are simply incapable of recognizing its function. Thus, we are amazed and watch with our mouths agape as evolution creates an ancestor WITHOUT a retrolateral tibial apophysis. Just as it happened to the ancestor of the wolf spiders, another family within the RTA clade. Worldwide, over 2,400 species of wolf spiders are known --- all lacking an RTA.

I would love nothing better than to sit in the desert in Morocco, wait a few million years and watch the evolution in action, as the descendants of Cebrennus rechenbergi develop into their own family, the RTA-less clade … the Cebrennidae!

Peter Jäger, Senckenberg Research Institute Frankfurt 

Photos: Ingo Rechenberg, TU Berlin
Drawings: Peter Jäger 



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1 Kommentar zu "Spinnensex in (R)Evolution - Spider sex in (r)evolution"

Iris Hesse schrieb am 01.09.2014 um 11:32
Wunderbar inspirierend geschrieben,
danke!

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