Ist der Bombardierkäfer ein Problem für die Evolution?

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Abb. 1: Abwehrreaktion des Bombardierkäfers (Pheropsophus). Durch eine chemische Reaktion schießt dieser einen heißen, ätzenden Spray auf Fressfeinde. © Illustration James Paul Baello.

Die 500 bekannten Arten des Bombardier­käfers verfügen über einen hochentwick­elten chemischen Abwehrmech­anismus. Ein typischer Bombardier­käfer (z. B. der Gattung Pheropsophus, Abb. 1) erzeugt bei Gefahr in seinem Hinterleib eine reaktive Mischung aus Hydrochinon und Wasserstoff­peroxid (H2O2). Bei der Abwehrreaktion kommen die Enzyme Katalase und Peroxidase mit den Ausgangsstoffen in Kontakt. Dadurch erhitzt sich die Mischung unter starkem Schäumen und tritt explosionsartig aus dem Hinterleib aus. Es entsteht das giftige 1,4-Benzochinon, das den Fressfeinden mit einem Knall als ätzende, heiße Lösung in Mund und Gesicht spritzt.

Der Bombardierkäfer – evolutionäres Kryptonit aus den 1970er-Jahren

Der Bombardierkäfer ist insbesondere bei Evolutionskritikern (z.B. Wort-und-Wissen) beliebt, die argumentieren, dass die Evolutionstheorie an der Erklärung der Entstehung dieses so raffinierten wie komplexen Merkmals scheitere. Ein aktuelles Beispiel hierzu ist SCHOLL (2024).

Benjamin Scholl führt an, dass dieser Abwehrmechanismus nichtreduzierbar komplex sei – eine Konstruktion, bei der alle Teile des Abwehrsystems gleichzeitig vorhanden sein müssten, um zu funktionieren. Jede Zwischenform sei funktionslos und daher im Rahmen einer schrittweisen Evolution nicht plausibel erklärbar. SCHOLL schreibt wörtlich:

Der Bombardierkäfer ist auch ein explosives Problem für die Evolution: Um eine solche Explosion zu erzeugen, sind nämlich viele verschiedene Komponenten nötig. … Man kann nicht einfach Komponenten wegnehmen, ohne dass die Funktion oder der Schutz in sich zusammenbricht. Das nennt man nichtreduzierbare Komplexität. (S. 183)

Dieses Argument wurde bereits in den 1970er Jahren vorgebracht (z. B. GISH 1977) und ist in der Folge vielfach geprüft und entkräftet worden (etwa WEBER 1981). Inzwischen liegen gut nachvollziehbare Modelle zur Entstehung dieses Mechanismus vor.

ISAAK (2007) beispielsweise beschreibt das folgende mögliche Szenario:

  1. Chinone als Ausgangspunkt der chemischen Abwehr: Chinone spielen bei Insekten eine Rolle bei der Härtung der Kutikula (Außenhülle) (ANDERSEN et al. 1996). Verschiedene Käfergruppen nutzen Chinone außerdem als chemische Abwehrstoffe. In den Abwehrsekreten einiger Käfer wurden auch Hydrochinone nachgewiesen, die durch Oxidation in reaktive Benzochinone umgewandelt werden können (IKAN et al. 1970).
  2. Anatomische Vorprägung und Spezialisierung: Viele Insektendrüsen entstanden aus Einstülpungen des ektodermalen Gewebes. Bei Käfern finden sich Vertiefungen und spezialisierte Drüsen, die der Speicherung und Abgabe verschiedenster Sekrete dienen. Auch Laufkäfer wie Carabus besitzen paarige Pygidialdrüsen, die bei Gefahr chemische Abwehrstoffe freisetzen. Ausführungsgänge und Muskelkontraktionen können die Abgabe unterstützen (VRANIĆ et al. 2021; FORSYTH 1970). Solche bereits vorhandenen Strukturen und Funktionen bieten Ansatzpunkte für evolutionäre Spezialisierungen.
  3. Einbindung von H2O2 und enzymatische Verstärkung: H2O2 entsteht in vielen Organismen bei Stoffwechselprozessen und kann enzymatisch gebildet werden. Seine Einbindung in das Abwehrsystem kann die Oxidation von Hydrochinon zu reaktiven Benzochinonen fördern. Peroxidasen können solche Oxidationsreaktionen weiter beschleunigen. Dass die Chinonbildung bereits in den Abwehrdrüsen anderer Käfer enzymatisch organisiert ist, zeigt HAPP (1968).
  4. Entstehung eines heißen, schaumigen Sekrets: Mit der Zersetzung von H2O2 durch Katalase werden Sauerstoff freigesetzt und Wärme erzeugt. Der entstehende Sauerstoff kann das Sekret aufschäumen; die Wärmeentwicklung verstärkt die Abwehrwirkung zusätzlich. Ein vergleichsweise einfacher Abwehrmechanismus mit schaumigem Sekretausstoß findet sich bei dem Fühlerkäfer Metrius contractus (EISNER et al. 2000).
  5. Spezialisierung zur Reaktionskammer: Im Verlauf der Evolution kann sich der Ausführungsgang zu einer spezialisierten Reaktionskammer entwickeln. Durch das Zusammenspiel von Enzymaktivität, Kammerstruktur und kontrolliertem Ausstoß entsteht so ein immer leistungsfähiger Abwehrmechanismus, wie er für moderne Bombardierkäfer charakteristisch ist.

Die einzelnen Schritte lassen sich in kleinere Teilprozesse aufgliedern. Teilfunktionen des Abwehrmechanismus sind auch bei verwandten Käferarten nachgewiesen.

Wo also liegt das „explosive Problem“ tatsächlich? Nicht bei der Evolution, sondern bei der Evolutionskritik. The bombardier beetle myth exploded – so brachte es bereits WEBER (1981) auf den Punkt. Leider scheint kein Argument zu alt und zu abgegriffen, um es gegen die Evolutionstheorie ins Feld zu führen.

Literatur

Andersen, M.G., Peter, M.G, & Roepstorff, P. (1996). Sclerotization in insects. Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology 113, 689–705.

Eisner, T., Aneshansley, D.J., Eisner, M., Attygalle, A.B., Alsop, D.W., & Meinwald, J. (2000). Spray mechanism of the most primitive bombardier beetle (Metrius contractus). Journal of Experimental Biology, 203, 1265–1275.

Forsyth, D.J. (1970). The structure of the defence glands of the Cicindelidae, Amphizoidae, and Hygrobiidae (Insecta: Coleoptera). Journal of Zoology, London, 160, 51–69.

Gish, D.T. (1977). Dinosaurs: Those terrible lizards. Creation-Life Publishers: San Diego, CA.

Happ, G.M. (1968). Quinone and hydrocarbon production in the defensive glands of Eleodes longicollis and Tribolium castaneum (Coleoptera, Tenebrionidae). Journal of Insect Physiology, 14(12), 1821–1837.

Ikan, R., Cohen, E. & Shulov, A. (1970). Benzo- and hydroquinones in the defence secretions of Blaps sulcata and Blaps wiedemanni. Journal of Insect Physiology, 16(11), 2201–2206.

Isaak, M. (2007). The counter-creationism handbook. University of California Press: Oakland, CA. https://talkorigins.org/faqs/bombardier.html.

Scholl, B. (2024) Dinosaurier und die Bibel. Fossilien und Urgeschichte aus biblischer Perspektive. Christliche Verlagsgesellschaft: Dillenburg.

Vranić, S., Vesović, N., Vujisić, L., Pavlović, D., Pantelić, D., Todosijević, M., & Ćurčić, S. et al. (2021). Pygidial glands of three ground beetle taxa (Insecta, Coleoptera, Carabidae): a study on their morphology and chemical composition of their secretions. Zoology, 148, 125948. https://doi.org/10.1016/j.zool.2021.125948.

Weber,  C.G. (1981). The bombardier beetle myth exploded. Creation/Evolution, 2(1), 1–5. https://ncse.ngo/bombardier-beetle-myth-exploded.