Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Abwehr von Fraßschädlingen bei Farnen

21.11.2012
Anders als Blütenpflanzen senden Adlerfarne keine Duftsignale aus, um die Feinde ihrer Fraßschädlinge zu ihren Gunsten anzulocken.

Zweihundert Millionen Jahre lang beherrschten sie die Erde, und noch heute sind sie weltweit sehr artenreich verbreitet: Moose, Schachtelhalme und Farne. Max-Planck-Wissenschaftler haben nun herausgefunden, dass bei Schädlingsbefall Adlerfarne (Pteridium aquilinum) im Gegensatz zu den heute vorherrschenden und evolutionär jüngeren Blütenpflanzen keine Duftstoffe aussenden.


Eine Raupe der Farnblattwespe (Strongylogaster multifasciata) frisst an einem Blatt des Adlerfarns. Wie andere Pflanzen besitzen Farne Giftstoffe und weitere Abwehrmechanismen, um sich erfolgreich gegen ihre Fraßfeinde zu wehren. Im Gegensatz zu Blütenpflanzen geben Adlerfarne nach Raupenbefall aber keine Duftstoffe ab, um zum Beispiel Parasiten wie Schlupfwespen oder Raubwanzen, die die Raupe attackieren, anzulocken.

Foto: MPI Chem. Ökol./Venkatesan Radhika

Eine solche Duftstoffemission dient unter anderem dazu, die Feinde ihrer Schädlinge, wie beispielsweise Schlupfwespen oder Raubwanzen anzulocken, die dann deren Fraßfeinde parasitieren. Trotzdem konnte auch in Farnwedeln eine Duftstoffabgabe hervorgerufen werden, wenn diese mit Jasmonsäure behandelt wurden, die als Hormon in Blütenpflanzen die Duftstoffsynthese auslösen kann. Dies lässt darauf schließen, dass die Pflanze zwar prinzipiell diese Form der Abwehr mobilisieren könnte, sie jedoch nicht zur Verteidigung gegen Fraßfeinde einsetzt.

Nur wenige Schädlinge befallen Farne

Farne sind sogenannte Gefäßsporenpflanzen, weil sie im Gegensatz zu den heute vorherrschenden Pflanzen keine Blüten und Samen bilden, sondern ihre Fortpflanzung noch „ursprünglich“ über Sporenbildung erfolgt. Was aber ihre Stoffwechselleistungen und vor allem ihre Abwehr gegen Schädlinge betrifft, scheinen sie gleichauf mit den Blütenpflanzen zu liegen: Farne kommen bis heute zahlreich auf der Erde vor, obwohl sie entwicklungsbiologisch älter als 400 Millionen Jahre sind.

Botaniker halten den Adlerfarn Pteridium aquilinum sogar für eine der am weitesten verbreiteten Pflanzenspezies. Er besiedelt verschiedenste Habitate. Auffallend ist, dass Adlerfarne im Vergleich zu samenbildenden Pflanzen nur wenig von Fraßfeinden heimgesucht werden. Ein Grund dafür könnte sein, dass die Farnwedel besonders effektive Giftstoffe enthalten, mit denen sie ihre Schädlinge in Schach halten: Nachgewiesen wurden unter anderem Indanone, zyanogene Glykoside und Tannine. Aber wehren sich diese „lebenden Fossilien“ auch indirekt gegen ihre Feinde, so wie es viele andere Pflanzen tun?

Das Arsenal für indirekte Verteidigung ist in Adlerfarnen vorhanden − wird aber bei Befall nicht mobilisiert.

Von Bohnen, Mais, Baumwolle, Pappeln, Tabak und Kartoffeln und weiteren Samenpflanzen ist bekannt, dass sie nach Raupenbefall in ihren Blättern das Pflanzenhormon Jasmonsäure produzieren, das dann zur Bildung von Duftstoffen beispielsweise aus der Familie der Terpenoide führt. Diese Maßnahme dient unter anderem dazu, die Feinde der Raupen anzulocken.

Venkatesan Radhika, Doktorandin in der Abteilung Bioorganische Chemie des Instituts, wollte nun herausfinden, ob auch Adlerfarne diese Lockstoffe abgeben, wenn sie von Fraßfeinden befallen werden. Sie verwendete zwei Raupenarten: einen Spezialisten, der nur wenige ausgewählte Arten, unter anderem Adlerfarne, befällt (Strongylogaster multifasciata), und einen Generalisten, der so gut wie alles gern vertilgt (Spodoptera littoralis). Außerdem setzte sie einen Roboter ein, MecWorm, der in regelmäßigen Abständen mit einem Metallbolzen abgegrenzte Bereiche eines Farnwedels verletzen und so mechanisch eine Raupenattacke imitieren kann. (siehe Pressemeldung vom 01.03.2005 „MecWorm: Künstliche Raupe "kaut" täuschend echt“). Ergebnis: Die Wedel geben, wenn überhaupt, nur sehr geringe Mengen an Duftstoffen ab. Und auch das Signalmolekül Jasmonsäure war in den Wedeln nur in sehr geringen Mengen nachweisbar.

Wurden Farnwedel jedoch direkt mit Jasmonsäure behandelt, reagierten sie vergleichbar mit Blättern von Blütenpflanzen − sie gaben ein typisches Bouquet an Duftstoffen ab. Die Wissenschaftler untersuchten diesen Effekt genauer und fanden, dass auch nach Gabe die Vorläufermoleküle zur Synthese von Jasmonsäure OPDA und Linolensäure ebenso Duftstoffe im Farnblattgewebe gebildet werden konnten. Biochemische Experimente zeigten, dass diese Duftstoffe in den Farnwedeln über dieselben Stoffwechselwege produziert werden wie in Blütenpflanzen. „Wahrscheinlich erreicht in unseren Experimenten die nach Raupenfraß ausgelöste Anhäufung von Jasmonsäure nicht den Schwellenwert, der für das Auslösen der Duftstoffbildung nötig ist“, so Wilhelm Boland, Direktor der Abteilung.

Brauchen Farne vielleicht gar keine indirekte Verteidigung mittels Duftstoffabgabe? Reichen die verschiedenen aggressiven Gifte, die in Farnwedeln vorhanden sind, zur Abwehr von Fraßfeinden aus? „Hier können wir nur spekulieren“, so Boland. „Die Strategie der indirekten Verteidigung könnte ihren evolutionären Ursprung einerseits in ehemals noch direkten Verteidigungsmaßnahmen, so etwa beim gebänderten Saumfarn (Pteris vittata L.), andererseits aber auch erst im Zuge des Anlockens von Bestäubern durch Duftstoffe größere Bedeutung gewonnen haben, also einem Merkmal, das naturgemäß erst die blütenbildenden Samenpflanzen und nicht die blütenlosen Farne besitzen“, so der Wissenschaftler weiter. Faszinierend bleibt, dass scheinbar auch ohne indirekte Verteidigung Adlerfarne unsere Erde bis heute erfolgreich besiedeln können. [JWK]

Originalveröffentlichung:
Venkatesan Radhika, Christian Kost, Gustavo Bonaventure, Anja David, Wilhelm Boland (2012). Volatile emission in bracken fern is induced by jasmonates but not by Spodoptera littoralis or Strongylogaster multifasciata herbivory. PLOS ONE, 20. November 2012; doi:10.1371/journal.pone.0048050

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0048050

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Wilhelm Boland, MPI chemische Ökologie, boland@ice.mpg.de,
+49 (0)3641 571201

Bildmaterial:
Angela Overmeyer M.A., +49 3641 57-2110, overmeyer@ice.mpg.de oder via http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Dr. Jan-Wolfhard Kellmann | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0048050

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien aus dem Blut «ziehen»
07.12.2016 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie