image: Functional calcium imaging in the antennal lobes of a female Manduca sexta moth: Different activation patterns (red spots) can be observed depending on whether the moths respond to (Z)-3-hexenyl acetate or (E)-2-hexenyl acetate. The odor of a (Z)-3-isomer or a (Z)-3 / (E)-2 ratio in favor of a (Z)-3-isomer -- according to the odor bouquet of an unattacked plant -- guides ovipositing Manduca females to plants that have yet been spared by herbivorous caterpillars. view more
Credit: Copyright: Anna Späthe, Max Planck Institute for Chemical Ecology
Diese Pressemitteilung ist verfügbar auf Englisch.
Das Gehirn weiblicher Tabakschwärmermotten kann auf kleinste Veränderungen im Duftprofil gasförmiger Verbindungen reagieren, die von Raupen befallenen Blättern abgegeben werden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena haben jetzt durch Freilandexperimente und neurobiologische Untersuchungen herausgefunden, dass die Weibchen dadurch ihre Eier bevorzugt auf Blättern abzlegen können, die weniger stark befallen sind. So sind ihre Eier und die daraus schlüpfenden Larven vor Raubinsekten, die durch den duftenden Hilferuf der Pflanze angelockt werden, besser geschützt und müssen zudem nicht mit den bereits am Blatt fressenden Raupen um Nahrungsressourcen konkurrieren. (eLIFE, 14. Mai 2013, DOI: 10.7554/elife.00421)
Grüner" Blattduft
Pflanzen haben viele Verteidigungsstrategien gegen Fraßfeinde entwickelt. Außer mechanischen Barrieren wie Dornen oder Stacheln produzieren sie Substanzen, mit deren Hilfe sie sich Insekten und andere Pflanzenfresser vom Leib halten. Die pflanzlichen Stoffe sind giftig oder haben eine abschreckende Wirkung. Manche werden ständig von der Pflanze gebildet, andere, wie die gasförmigen grünen" Blattduftstoffe, die für den typischen Duft frisch gemähten Rasens verantwortlich sind, werden erst nach Verwundung oder Insektenbefall von der Pflanze freigesetzt. Sie haben sowohl eine direkte Schutzfunktion, indem sie Fraßfeinde abschrecken oder in ihrer Entwicklung hemmen, sie verteidigen die Pflanzen aber auch indirekt, indem sie die Feinde ihrer Fraßfeinde anlocken.
Lockmittel für die Feinde der Feinde
Tabakschwärmerweibchen der Art Manduca sexta legen ihre Eier auf verschiedenen Pflanzenarten ab, darunter Tabakpflanzen, aber auch dem Kalifornischen Stechapfel (Datura wrightii). Aus den Eiern schlüpfen Raupen, die sofort beginnen, die Blätter ihrer Wirtspflanze zu vertilgen. Um sich zu wehren, gibt die Pflanze grüne Blattduftstoffe ab, die verschiedene Arten der Gattung Geocoris aus der Familie der Langwanzen anlockt: Raubinsekten, die die kleinen Raupen fressen und damit der Pflanze nützen.
Einer dieser grünen Blattduftstoffe, die von Tabakpflanzen abgegeben werden, ist (Z)-3-Hexenylacetat. Enzyme aus dem Speichel der Schwärmerraupen wandeln einen Teil dieser Moleküle in (E)-2-Hexenylacetat um, dessen chemische Zusammensetzung zwar identisch ist, das aber eine andere räumliche Struktur hat. Die aus dieser Umwandlung resultierende Änderung im Duftprofil ist es, die die Geocoris-Raubwanzen auf den Plan ruft: Sie erkennen, dass sich auf der Pflanze potenzielle Beute − kleine Raupen − befindet.
Optimale Bedingungen für den Insektennachwuchs
Jetzt fanden die Max-Planck-Wissenschaftler einen weiteren interessanten Effekt dieser chemischen Duftumwandlung": Weibliche Tabakschwärmermotten sind, wie Geocoris, ebenfalls in der Lage, die besagte Änderung im grünen Duftprofil des Kalifornischen Stechapfels zu erkennen, sobald dieser von Raupen befallen wird. Die Mottenweibchen sind damit gewarnt, dass Raubwanzen von der Pflanze bereits angelockt werden, die dann ihre frisch abgelegten Eier und ihren Raupennachwuchs attackieren könnten. Tatsächlich meiden die Mottenweibchen befallene Pflanzen und bevorzugen andere, noch unbefallene Pflanzen für ihre Eiablage. Ein weiterer positiver Effekt ist, dass durch dieses Verhalten ein Konkurrenzkampf der kleinen Raupen mit bereits vorhandenen Artgenossen um Nahrung minimiert wird.
Interdisziplinäre Forschung: Ökologie und Neurobiologie
Die Forscher sind dem zugrundeliegenden neuronalen Mechanismus auf der Spur, der es den Motten ermöglicht, kleinste Änderungen im Duftprofil einer befallenen Pflanze zu erkennen. Neurologische Untersuchungen im Riechzentrum des Mottenhirns zeigten unterschiedliche Aktivierungsmuster je nach Gabe von (E)- oder (Z)-Düften. Die beiden Isomere des Hexenylacetats erregten zwei verschiedene Regionen im Riechzentrum des Insekts, des sogenannten Antennallobus (s. Abbildung). Dies lässt darauf schließen, dass die Muttertiere einen jeweils Isomer-spezifischen Rezeptor und Nerv in ihren Antennen besitzen", so Bill Hansson, Direktor des Instituts. Derartige neurobiologische Untersuchungen in Kombination mit ökologischen Freilandstudien versprechen zukünftig weitere detaillierte Einblicke in das duftgesteuerte Verhalten von Insekten in freier Natur und Landwirtschaft, so der Wissenschaftler.
Neue Strategien für den Pflanzenschutz?
Ein vergleichbares Verhalten ist auch von Kartoffelkäfern (Leptinotarsa decemlineata) bekannt. Eine künstliche Anreicherung von (Z)-3- oder (E)-2-Hexenol, (E)-2-Hexanal oder 1-Hexanol an Kartoffelpflanzen ließ eiablegende Kartoffelkäferweibchen in ihrem Verhalten orientierungslos erscheinen. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse sind pflanzenschützerische Maßnahmen denkbar, die mithilfe gezielter Duftapplikationen eiablegende Schadinsekten von Feldfrüchten fernhalten und so einen Raupen- und Käferbefall minimieren könnten. [AO/JWK/McLennan]
Originalveröffentlichung:
Allmann, S., Späthe, A., Bisch-Knaden, S., Kallenbach, M., Reinecke, A., Sachse, S., Baldwin, I. T., Hansson, B.S. (2013). Feeding-induced rearrangement of green leaf volatiles reduces moth oviposition. eLife 2:e00421. DOI: 10.7554/eLife.00421 http://dx.doi.org/10.7554/eLife.00421