Autor(en):
Gao Y*, Wen P, Cardé RT, Xu H, Huang Q.
* Hubei Insect Resources Utilization and Sustainable Pest Management Key Laboratory, College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan, 430070, Hubei.
China
Veröffentlicht in:
Commun Biol 2021; 4 (1): 1121
Veröffentlicht: 23.09.2021
auf EMF:data seit 25.02.2022
Weitere Veröffentlichungen:
Schlagwörter zu dieser Studie:
Wirkungen auf Tiere
Medizinische/biologische Studien
zur EMF:data Auswertung

Zusätzlich zu Cryptochrom 2 sind Magnetpartikel mit olfaktorischem Co-Rezeptor wichtig für die magnetische Orientierung bei Termiten.

In addition to cryptochrome 2, magnetic particles with olfactory co-receptor are important for magnetic orientation in termites.

Original AbstractÜbersetzung n.n. vorhanden!

The volatile trail pheromone is an ephemeral chemical cue, whereas the geomagnetic field (GMF) provides a stable positional reference. However, it is unclear whether and how the cryptic termites perceive the GMF for orientation in light or darkness until now. Here, we found that the two termite species, Reticulitermes chinensis and Odontotermes formosanus, use the GMF for orientation. Our silencing cryptochrome 2 (Cry2) impaired magnetic orientation in white light but had no significant impact in complete darkness, suggesting that Cry2 can mediate magnetic orientation in termites only under light. Coincidentally, the presence of magnetic particles enabled the magnetic orientation of termites in darkness. When knock-downing the olfactory co-receptor (Orco) to exclude the effect of trail pheromone, unexpectedly, we found that the Orco participated in termite magnetic orientation under both light and darkness. Our findings revealed a novel magnetoreception model depending on the joint action of radical pair, magnetic particle, and olfactory co-receptor.

Exposition:

Magnetfeld der Erde
Magnetfelder

EMF:data Auswertung

Zusammenfassung

Viele Tierarten nutzen das Erdmagnetfeld („geomagnetic field“, GMF) zur Orientierung und Navigation. Ameisen verwenden beispielsweise die horizontale Komponente des GMF, um die Richtung des Nestes zu bestimmen. Einige Organismen sind nachweislich in der Lage, das GMF wahrzunehmen, aber der damit verbundene sensorische Mechanismus ist noch unzureichend bekannt. Die beiden wichtigsten Hypothesen zum Magnetsinn sind die Magnetithypothese und die Radikalpaarhypothese. Die Magnetit-Hypothese besagt, dass das Magnetfeld von Nanokristallen aus Magnetit (Fe₃O₄) erkannt wird, wobei die magnetische Remanenz Teil eines sensorischen Systems ist, das die Bewegung dieser Nano-Kompassnadeln im Verhältnis zum Erdmagnetfeld erfasst.

Andere Studien haben jedoch gezeigt, dass das Magnetfeld durch lichtempfindliche chemische Reaktionen wahrgenommen wird, die vom Photorezeptorprotein für blaues Licht Cryptochrom (Cry) ausgehen, welches der einzige Kandidat für einen Radikalpaar-Magnetorezeptor ist. Vor dieser Experimentalstudie war unbekannt, ob das in Termiten vorkommende Cry2 tatsächlich für die Magnetorezeption benutzt wird. In Fruchtfliegen wurde ein magnetischer Rezeptor (MagR) identifiziert, der sich mit Cry zu einem MagR/Cry-Magnetosensorkomplex verbinden kann, der als biologischer Kompass fungiert. Bekannt war, dass ähnlich wie bei Ameisen, die Fühler von Termiten Teil des Magnetsinns sind. Termiten sind vielen Ameisenarten ähnlich, und ihr Geruchssystem ist für die Orientierung und Navigation von entscheidender Bedeutung. Der Geruchs-Co-Rezeptor („odorant receptor coreceptor“, Orco) ist für die Geruchswahrnehmung und Orientierung durch Pheromone unerlässlich.

Quelle: ElektrosmogReport März 2022 | 28. Jahrgang, Nr. 1

Studiendesign und Durchführung

Um zu untersuchen, ob und wie Termiten das GMF zur Orientierung im Licht oder in der Dunkelheit wahrnehmen, testeten die Autoren zunächst die magnetische Orientierung der Termiten R. chinensis und O. formosanus unter verschiedenen Stärken und Richtungen der horizontalen Komponente des Magnetfeldes mit Hilfe eines Video-Tracking-Systems. Die Bewegungen einzelner Termiten in Petrischalen wurden per Kamera aufgezeichnet und am PC analysiert. Es wurden sogenannte Helmholtzspulen verwendet, die in der richtigen Anordnung Bestandteile des Erdmagnetfelds durch ihr künstliches Magnetfeld völlig neutralisieren können. O. formosanus kann bis 100 Meter vom Nest entfernt nach Nahrung suchen, während R. chinensis in der Regel innerhalb von 30 Metern nach Nahrung sucht. Zweitens wurde mithilfe von RNA-Interferenz („knockdown“ der Gene) der Einfluss von Cry2, MagR und Orco auf die magnetische Orientierung der beiden Termitenarten untersucht. Drittens haben die Autoren versucht, das Vorhandensein von magnetischen Materialien wie Eisenoxid oder Magnetit in den Termiten zu bestimmen.

Ergebnisse

Nachdem die horizontale Komponente des GMF eliminiert wurde, verschwand die Richtungspräferenz der Termiten. Die Injektion von doppelstrangiger (ds) Cry2- oder MagR-RNA führte zu einem signifikanten Rückgang des Cry2- oder MagR-mRNA-Spiegels in den Köpfen der beiden Termitenarten, was darauf hindeutet, dass die Cry2- und MagR-Gene 3 Tage nach der Injektion ausgeschaltet blieben.

Die Injektion von dsCry2 hob die Richtungspräferenz beider Termitenarten unter weißem Licht auf, aber die mit dsMagR injizierten Termiten zeigten weiterhin Richtungspräferenz. Der Knockdown von Cry2 führte zu einem signifikanten Anstieg des Drehwinkels im Vergleich zu den Kontrolltermiten. Darüber hinaus führte die Injektion von dsMagR zu einem signifikanten Anstieg des Laufwinkels im Vergleich zur Kontrollgruppe.

Die mit dsCry2 injizierten Termiten zeigten jedoch eine Richtungspräferenz in völliger Dunkelheit, und ebenso die mit dsMagR Injizierten. Das Vorhandensein von magnetischen Partikeln konnte für beide Termitenarten bestätigt werden.

Die Injektion von dsOrco reduzierte die Aktivität der Pheromonwahrnehmung bei beiden Termitenarten deutlich. Durch die Injektion von dsOrco wurde die Richtungspräferenz von beiden Arten bei weißem Licht und völliger Dunkelheit aufgehoben.

Schlussfolgerungen

Die Ergebnisse belegen ein neuartiges Magnetorezeptionsmodell, das auf der gemeinsamen Wirkung von Radikalpaaren, Magnetitpartikel und olfaktorischem Co-Rezeptor beruht.

Termiten können das Erdmagnetfeld zur Orientierung in völliger Dunkelheit nutzen. Erwartungsgemäß hatte der Knockdown von Cryptochrom 2 keine signifikante Auswirkung auf die Richtungspräferenz in völliger Dunkelheit. (Es ist seit längerer Zeit bekannt, dass der Radikalpaarmechanismus im Cryptochrom auf die Anwesenheit von blauem oder weißem Licht angewiesen ist, Anm. der Red.). Der Knockdown von MagR hatte keine signifikante Auswirkung auf die Richtungspräferenz unter GMF, vergrößerte aber signifikant den Drehwinkel während des Laufens bei weißem Licht, was darauf hindeutet, dass MagR das Verhalten von Termiten in magnetischen Feldern beeinflussen könnte. Das Orco-Gen ist an der magnetischen Orientierung sowohl bei Licht als auch bei Dunkelheit beteiligt. Eine frühere Studie hat gezeigt, dass der Geruchssinn an der nächtlichen Wanderung der Monarchfalter beteiligt ist. In dieser Studie beeinträchtigte der Knockdown von Orco bei Termiten die magnetische Orientierung bei weißem Licht und völliger Dunkelheit, was darauf hindeutet, dass Orco an der Wahrnehmung des GMF bei Termiten beteiligt ist. Orco ist an der Orientierung durch Pheromone beteiligt, und die Antennen sind das wichtigste Geruchsorgan der Insekten. Frühere Studien haben deutlich gezeigt, dass die Antennen an der Magnetorezeption des Monarchfalters beteiligt sind.

In dieser Studie schädigte das Ausschalten von Orco das olfaktorische System der Termiten und beeinträchtigte ihre magnetische Orientierung, was darauf hindeutet, dass die Antennen für die Magnetorezeption der Termiten erforderlich sein könnten. Orco ist somit am Magnetsinn sowohl bei Licht als auch bei Dunkelheit beteiligt. Zudem scheint gesichert, dass Cry2, magnetische Partikel und Orco benötigt, um Termiten eine normale Orientierungsfähigkeit im Erdmagnetfeld zu ermöglichen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Termiten das Erdmagnetfeld zur Orientierung bei Licht und Dunkelheit nutzen. Die magnetische Orientierung von Termiten verschiebt sich vom Cry2-basierten Modus bei Licht auf den Magnetpartikel-basierten Modus bei Dunkelheit. Auffallend ist, dass der Pheromonrezeptor Orco an der magnetischen Orientierung der Termiten bei Licht und Dunkelheit beteiligt ist. (AT)