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Asiatische Marienkäfer nutzen Bio-Waffen gegen ihre europäischen Verwandten

17.05.2013
Invasive Käfer aus Ostasien verdrängen heimische Marienkäferarten mit Hilfe von Mikrosporidien.

Einst als Nützling für den biologischen Pflanzenschutz eingeführt, verbreitet sich der Asiatische Marienkäfer (Harmonia axyridis) spätestens seit der Jahrtausendwende unkontrolliert in USA und Europa und vermehrt sich auch in Deutschland rasant. Naturschützer befürchten, dass er heimische Marien- und andere Käferarten verdrängen wird.


In Frühjahr und Herbst kommt es zu massenhaftem Auftreten des Asiatischen Marienkäfers.
Andreas Vilcinskas, Justus-Liebig-Universität Gießen

Was das Tier so erfolgreich macht, haben nun Wissenschaftler der Universität Gießen und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena herausgefunden. Neben einem stark antibiotischen Wirkstoff − dem Harmonin − und antimikrobiell wirkenden Peptiden enthält seine Körperflüssigkeit Mikrosporidien. Diese winzigen, pilzähnlichen Einzeller parasitieren Körperzellen und können ihren Wirt nachhaltig schädigen.

Der Asiatische Marienkäfer verfügt offenbar über eine Resistenz gegen diese Parasiten in seinem Körper. Gelangen sie aber in unsere heimischen Marienkäfer, können diese daran sterben. (SCIENCE, 17. Mai 2013, DOI: 10.1126/science.1234032)

Der Asiatische Marienkäfer wird zum Modellorganismus für biologische Invasionen

Wegen seiner filigranen und doch extrem variablen Musterung wird die Marienkäferart Harmonia axyridis auch als Harlekin-Käfer bezeichnet. Jedoch: Eine Narrengestalt ist dieses Tier nicht. Diese beispielsweise in China und Japan heimische und deshalb als Asiatischer Marienkäfer bekannte Käferart war Ende des letzten Jahrhunderts besonders in europäischen Gewächshauskulturen gegen Blattläuse eingesetzt worden, mit großem Erfolg: Das Tier kann täglich Hunderte von Blattläusen vertilgen, hinzu kommen andere Weichinsekten und Insekteneier. Inzwischen jedoch ist der „Biokiller“ den Gewächshäusern entflohen und breitet sich massiv aus, wobei: Eine rasante und erfolgreiche Verbreitung und Vermehrung eines Neozoons − so die biologische Bezeichnung für eine Spezies, die erstmals in neue Habitate und Ökosysteme eindringt − ist bei Weitem nicht selbstverständlich. Meistens überlebt eine neu auftretende Art gar nicht oder ihre Populationsdichte bleibt gering, weil die angestammten und angepassten Lebensformen in ihrer ökologischen Nische die Oberhand behalten und interspezifische Konkurrenz für sich entscheiden können.
Harmonia axyridis jedoch, sobald in die Natur gelangt, dringt in alle Habitate ein, die besonders von blattlausfressenden Käferarten besetzt sind, und verdrängt diese Arten binnen kürzester Zeit. An vielen Orten ist der Eindringling inzwischen sesshaft geworden. Im Herbst treten auch in Deutschland große Schwärme des Käfers auf: Zu Hunderten suchen die Tiere insbesondere Häuser und andere geschützte Orte auf, um zu überwintern und können - neben der reinen Belästigung - beim Menschen auch allergische Reaktionen hervorrufen. Wenn Beutetiere knapp werden, kann der der Asiatische Marienkäfer aber beispielsweise auch auf Trauben als Ersatznahrung ausweichen, weshalb es ihn im Herbst regelmäßig zu den Weinreben zieht. Gelangen Marienkäfer in die Maische, können sie mit ihren chemischen Verteidigungssubstanzen in der Hämolymphe den Geschmack des Weins empfindlich beeinträchtigen.

Wie die meisten Marienkäferarten kann der Asiatische Marienkäfer, sobald er von möglichen Feinden bedroht wird, Hämolymphe reflexartig absondern - die Flüssigkeit enthält Giftstoffe und dient so der Abwehr. Ist das Geheimnis des Erfolgs des Asiatischen Marienkäfers in der Hämolymphe zu suchen?

Mikrosporidien, winzig kleine Parasiten, verleihen Harmonia axyridis den Erfolg, heimische Arten zu verdrängen

Die Hämolymphe von H. axyridis enthält, verglichen mit anderen Marienkäferarten, sehr viele verschiedene antibakteriell wirkende Peptide - kleine Eiweiße, mit denen sich das Insekt erfolgreich gegen Krankheitserreger wehrt. Andreas Vilcinskas von der Justus-Liebig-Universität Gießen hat sich zusammen mit Heiko Vogel vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena, diesem umfangreichen Immunsystem gewidmet und die Gene isolieren können, die das enorme antimikrobielle Repertoire kodieren. Weiterhin enthält die Hämolymphe einen speziellen Wirkstoff, Harmonin, der ebenfalls eine stark antibakterielle Wirkung zeigt und nur in H. axyridis in großer Menge vorkommt. Sowohl an den Eiweißen als auch an dem Wirkstoff ist die Medizin interessiert, denn sie versprechen die Entwicklung neuartiger Antibiotika, auch gegen Malaria.

Infiziert man H. axyridis und seinen in Deutschland heimischen Verwandten Coccinella septempunctata (Siebenpunkt-Marienkäfer) mit krankheitserregenden Bakterien, stellt sich heraus: Beide Käferarten bilden antibakterielle Peptide. Der Asiatische Marienkäfer aber, sobald mit Krankheitserregern konfrontiert, schaltet von allgemeiner Hygiene mittels Harmonin auf effektive Abwehr mittels Dutzender Peptide um. „Jedoch ist das immer noch keine Antwort auf die Frage: Reicht allein ein starkes Immunsystem gegen Pathogene aus, weltweit Habitate anderer Käferarten zu erobern? Kann der Harmonia-Käfer andere Arten verdrängen, indem er im Falle des Auftretens von Pathogenen einfach nur besser überlebt als die konkurrierenden Mitbewohner des Habitats - oder spielen andere wichtige Faktoren eine Rolle?“, so Heiko Vogel.

Obwohl Marienkäfer generell um die gemeinsame Ressource "Blattlaus" konkurrieren, können sich die Käfer aber auch gegenseitig fressen. Diese Gewohnheit, intraguild predation genannt, ist ein wichtiger Faktor im Kampf der räuberisch lebenden Marienkäfer untereinander - vor allem auch gegen den sehr aggressiven Eindringling H. axyridis. Frisst H. axyridis einheimische Marienkäfer, passiert ihm - nichts. Im umgekehrten Fall aber sterben die einheimischen Marienkäfer. Wie kann das sein?

Ein Schlüsselexperiment brachte die Antwort. In der Hämolymphe von H. axyridis befindet sich, neben Harmonin und antimikrobiellen Peptiden, noch ein drittes Arsenal: Biowaffen namens Mikrosporidien. Mit diesen winzigen Sporen kann der Eindringling andere Käferarten infizieren, vor allem wohl durch das unter Marienkäfern übliche Fressen von Eiern und Larven anderer Arten. In ihrem Experiment injizierten die Wissenschaftler zunächst Harmonin in die Tiere der heimischen Marienkäferart
C. septempunctata, stellten aber fest, dass die chemische Waffe die Insekten nicht beeinträchtigt. Die Injektion von Hämolymphe oder von gereinigten Mikrosporidien, gewonnen aus H. axyridis, rief jedoch die tödliche Wirkung hervor. Ein Blick durch das hochauflösende Mikroskop zeigte Unmengen kleiner Sporen im Blut des Asiatischen Marienkäfers, kleiner als die Hämatocyten. Diese Mikrosporidien-Sporen "keimen" und befallen Körperzellen von C. septempunctata, nicht jedoch in der Hämolymphe von H. axyridis. Der Asiatische Marienkäfer kann also die Biowaffen in seiner eigenen Körperflüssigkeit stilllegen - erst in fremden Käfern zünden sie. Zusammen mit seiner überragenden Immunität gegen Krankheitserreger könnte dies die Erklärung sein, weshalb der asiatische Eindringling so erfolgreich heimische Käferarten verdrängt. Jetzt ist es interessant, herauszufinden, wie der Asiatische Marienkäfer die Mikrosporidien in seiner Hämolymphe ruhig stellt. [JWK]

Originalveröffentlichungen:

Vilcinskas, A., Stoecker, K., Schmidtberg, H., Röhrich, C., Vogel, H. (2013). Invasive harlequin ladybird carries biological weapons against native competitors. SCIENCE. May 17, 2013, DOI: 10.1126/science.1234032

http://dx.doi.org/10.1126/science.1234032

Schmidtberg, H., Röhrich, C., Vogel, H., Vilcinskas, A. (2013). A switch from constitutive chemical defense to inducible innate immune responses in the invasive ladybird Harmonia axyridis. Biology Letters 9: 20130006.
http://dx.doi.org/10.1098/rsbl.2013.0006

Vilcinskas, A., Mukherjee, K., Vogel, H. (2013). Expansion of the antimicrobial peptide repertoire in the invasive ladybird Harmonia axyridis. Proceedings of the Royal Society of London Series B - Biological Sciences. 280: 20122113.

http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2012.2113

Weitere Informationen von

Prof. Dr. Andreas Vilcinskas, +49 641 9937-600, Andreas.Vilcinskas@agrar.uni-giessen.de
Dr. Heiko Vogel, +49 3641 57-1512, hvogel@ice.mpg.de

Kontakt für Bild- und Filmmaterial:

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

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de/ext/1025.html?&L=1

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