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Insektenweibchen wählen geeignete Nahrungsgrundlagen für ihren Nachwuchs anhand von Düften aus, wenn sie ihre Eier ablegen, um das Überleben ihrer Nachkommen sicherzustellen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie konnten nun zeigen, dass nicht nur pflanzliche Duftstoffe die Wahl des Eiablageplatzes bestimmen, sondern auch der Kot von Artgenossen. Sie identifizierten die abstoßende Substanz im Kot von Tabakschwärmerlarven, die den Weibchen signalisiert, dass bereits konkurrierende Artgenossen an einer Pflanze fressen. Außerdem identifizierten sie den Geruchsrezeptor, der den typischen Kotgeruch erkennt und damit die Konkurrenzvermeidung bei der Eiablage steuert.
Gefräßige Raupen
Die Raupen des Tabakschwärmers (Manduca sexta) sind äußerst gefräßig. Ihr lateinischer Name Manduca ist vom Verb manducare abgeleitet, das fressen oder kauen bedeutet. Die nimmersatten Raupen, die gut fingergroß werden, machen freilich auch den ganzen Tag nichts anderes als fressen und kauen. Eine einzelne Raupe ist daher auch in der Lage, alle Blätter einer Wirtspflanze, dem wilden Tabak Nicotiana attenuata oder (zumindest bei noch jungen Pflanzen) dem Stechapfel Datura wrightii, allein zu verspeisen. An einer Pflanze wird folglich kaum eine zweite Raupe kaum satt.
„Uns war klar, dass die Falter ihre Eiablageplätze sehr umsichtig wählen. Bislang wurde vorrangig untersucht, ob weibliche Motten anhand von Veränderungen im Duftmuster der Pflanzen erkennen, dass sie von Raupen angefressen werden, und daher ihre Eier auf Pflanzen ablegen, an denen noch keine Raupen fressen. Uns interessierte, ob die Falter auch Duftinformation berücksichtigen, die von den Larven, also den möglichen Konkurrenten ihrer Nachkommen, abgegeben werden“, erläutert Markus Knaden, einer der Hauptautoren der Publikation.
Dass die Tabakschwärmer Konkurrenz für ihren Nachwuchs vermeiden, erscheint plausibel. Dass eine spezielle Klasse von flüchtigen Verbindungen im Raupenkot, nämlich bestimmte aliphatische Karbonsäuren, ausreicht, um dieses Vermeidungsverhalten auszulösen, erstaunte die Forscher dennoch. Sie konnten das in Verhaltensexperimenten im Windtunnel, bei denen die Falter einzelnen Duftkomponenten auf Filterpapier ausgesetzt wurden, nachweisen.
Ein bestimmter Duftrezeptor, IR8a, steuert das Verhalten der Mottenweibchen bei der Eiablage
Das Vermeidungsverhalten der Motten auf aliphatische Karbonsäuren im Raupenkot ist spezifisch und ermöglichte den Forschern, die molekulare Basis dieses Verhaltens genauer zu untersuchen. Mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 konnten sie bestimmte Rezeptorproteine in den Antennen, also den „Nasen“ der Falter, ausschalten, die für das Aufspüren dieser flüchtigen Verbindungen wichtig sind. So konnten sie nachweisen, dass der ionotrope Rezeptor 8a (IR8a) die Vermeidungsreaktion auf Raupenkot steuert.
„Interessanterweise hatte bislang niemand untersucht, wie die Falter chemische Signale aus dem Raupenkot wahrnehmen. Unsere Experimente mit Faltern, denen die Rezeptorproteine für das Aufspüren dieser Signale fehlten, zeigten, dass diese Falter nicht in der Lage waren, den Kot konkurrierender Artgenossen zu entdecken, und daher ihre Eier auf Pflanzen ablegten, auf denen ihre Nachkommen eine verringerte Überlebenschance hatten. Unsere Studie demonstriert erstmals, dass IR8a wesentlich am Signalverarbeitungsweg beteiligt ist, der das Vermeiden von Raupenkot in Tabakschwärmern steuert“, fasst Erstautor Jin Zhang aus China zusammen, dessen Forschung am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie von der Alexander von Humboldt-Stiftung gefördert wurde.
Evolutionsbiologischer Kontext und Ausblick
Pflanzen-Insekten-Wechselwirkungen sind vielfältig und hochkomplex. Sie haben sich im Laufe der Evolution entwickelt und können immer wieder anpasst werden, wenn sich ein Parameter verändert. Es ist keine neue Erkenntnis, dass Tabakschwärmer deutlich weniger Eier auf Pflanzen legen, die bereits von Raupen attackiert wurden, und dass der Geruch von Raupenkot sogar Räuber, also die Feinde der Raupen, anlocken kann. Dieser Raupenkot sorgt aber auf der anderen Seite dafür, dass Raupen Artgenossen fernhalten, mit denen sie sonst um ihr Futter konkurrieren müssten. Somit hilft das chemische Signal aus dem Kot einerseits den schon vorhandenen Raupen selbst, aber auch den umherfliegenden Motten, die den Kot vermeiden, um eine bessere Futterpflanze für ihren Nachwuchs zu finden.
Die neu entwickelten genetischen Werkzeuge bieten ganz neue Möglichkeiten, um das geruchsgesteuerte Verhalten von Tabakschwärmern und anderen Schädlingen noch detaillierter zu untersuchen. Die Forscher wollen damit insbesondere Antworten auf folgende Fragen finden: Welche Faktoren, wie z.B. Blütendüfte, Feuchtigkeit und CO2, führen die Insekten zu ihren Wirtspflanzen? Welche Rezeptorproteine steuern die Reaktionen auf Düfte? Welche Gene sind an diesem Verhalten beteiligt?
Grundlegende Erkenntnisse, die aus diesen Studien gewonnen werden, können dazu beitragen, besser auf die neuen Herausforderungen in der Landwirtschaft, die sich aus der Klimaveränderung ergeben, zu reagieren.
Kontakt und Medienanfragen:
Angela Overmeyer M.A., Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07745 Jena, +49 3641 57-2110, E-Mail overmeyer@ice.mpg.de
Jin Zhang, Ph.D., Max- Planck-Institut-für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07745 Jena, Tel. +49 3641 57 1413, E-Mail: jzhang@ice.mpg.de
Dr. Markus Knaden, Max- Planck-Institut-für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07745 Jena, Tel. +49 3641 57 1421, E-Mail: mknaden@ice.mpg.de
Zhang, J., Bisch-Knaden, S., Fandino, R. A., Yan, S., Obiero, G. F., Grosse-Wilde, E., Hansson, B. S., Knaden, M. (2019). The olfactory co-receptor IR8a governs larval feces-mediated competition avoidance in a hawkmoth. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, DOI: 10.1073/pnas.1913485116
https://doi.org/10.1073/pnas.1913485116
http://www.ice.mpg.de/ext/downloads2019.html Download von hochaufgelösten Fotos und Videos
Tabakschwärmer legen ihre Eier bevorzugt auf die Unterseite ihrer Wirtspflanzen, wie den wilden Taba ...
Danny Kessler / Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie
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Jin Zhang und Markus Knaden beobachten das Verhalten eines Tabakschwärmers im Windtunnel.
Angela Overmeyer / Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
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