Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

MecWorm: Künstliche Raupe "kaut" täuschend echt

02.03.2005


Wie Max-Planck-Wissenschaftler aus Jena die Pflanzen überlisten und so ihren Abwehrmechanismen auf die Spur kommen


Ersten Test bestanden: MecWorm. Die mechanische Raupe kann unter bestimmten Bedingungen in einem Blatt der Limabohne fast das gleiche Duftstoffprofil erzeugen wie die gefräßige Raupe Spodoptera littorali(einen Vergleich zeigt das Chromatogramm rechts).



Viele Tierarten können Bedrohungen aus der Natur einfach wahrnehmen, weil sie Augen, Ohren und Nase haben. Pflanzen haben es da nicht so leicht - ihnen fehlen die Sinnesorgane und weglaufen können sie schon gar nicht. Aber auch Pflanzen wehren sich gezielt, um zu überleben und ihre Art zu erhalten. Sie können beispielsweise genau unterscheiden, ob ihre Blätter von einem Hagelkorn durchbohrt wurden oder ob Raupen im Begriff sind, ihnen den Garaus zu machen. Wie sie das erkennen und darauf reagieren, erforschen Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie in Jena. Sie konstruierten nun eigens dafür eine mechanische Raupe, MecWorm genannt, die "kaut" wie ihre natürlichen Verwandten - kontinuierlich, im Takt und über einen längeren Zeitraum. Erstaunliches Ergebnis der Täuschung: Die chemischen Signale im Speichel von Raupen spielen zunächst keine Rolle; Pflanzen erkennen einen Insektenbefall an der Art und Weise, wie ihre Blätter verletzt werden. Erst dann modulieren die vorhandenen Stoffe die pflanzliche Abwehrreaktion zusätzlich und sorgen für ein spezifisches Abwehrmuster (Plant Physiology, 1. März 2005).



Bevor die Jenaer Gruppe um Axel Mithöfer und Wilhelm Boland die mechanische Raupe konstruierte, hatte man schon einiges versucht, um Insektenfraß an Pflanzen im Labor vorzutäuschen. Doch ob die Blätter mit einer Rasierklinge angeritzt wurden oder mit einer Pinzette zerdrückt - die Pflanze beachtete es kaum und verbuchte die Verletzungen als minder gefährlich. Kein Grund also, ein energetisch aufwändiges Abwehrprogramm in Gang zu setzen und Duftstoffe zu produzieren. Denn genau das wäre die Reaktion auf Insektenfraß. Erstmals MecWorm konnte die Pflanze täuschen und erzeugte in Blättern der Limabohne (Phaseolus lunatus) fast dieselbe Abwehrreaktion wie seine "natürlichen" Verwandten.

MecWorm besteht im Grunde aus nichts anderem als einem Computer, einem Schrittmotor und einem kleinen Metallbolzen, der Schläge in definierten Bereichen eines Blattes vollführen kann. Wesentlicher Bestandteil des Versuchsaufbaus ist eine geschlossene Kammer, in der sich das Blatt befindet. Aus dieser können diejenigen gasförmigen Moleküle (Duftstoffe) gefiltert und nachfolgend gemessen werden, die die Pflanze als Reaktion auf die mechanische Verwundung abgibt.

In einer Reihe von Versuchen stellte sich heraus, dass kurze Bolzenschläge im Abstand von fünf Sekunden über einen Zeitraum von 17 Stunden ausreichen, um genau die Duftstoffabgabe des Blattes hervorzurufen, die auch durch den Fraß von Spinnmilben oder Insektenlarven ausgelöst wird. Die Duftstoffe zeigten lediglich teilweise unterschiedliche Konzentrationen im Vergleich zum natürlichen Fraßbefall. Die Menge bestimmter, vom Blatt emittierter Duftstoffe, z.B. Hexenylacetat und Linalool, war außerdem nicht nur vom Zeitraum, in dem die Bolzenschläge wirkten (3 bzw. 17 Stunden), sondern auch von der Größe des "befallenen" Blattareals (ca. 300 oder 700 mm2) abhängig. Ein den Wissenschaftlern bereits bekannter und für die Abwehr wichtiger Signalstoff, das Methylsalicylat, zeigte in diesen Versuchen allerdings einen konstanten Gehalt. "Dieses Ergebnis ist noch etwas verwirrend, unterstreicht aber erneut die besondere Rolle des Moleküls in Pflanzen", erklärt Axel Mithöfer.

MecWorm zeigt, dass die Duftstoffabgabe von Pflanzen als Reaktion auf Insektenfraß zumindest im Anfangsstadium viel weniger spezifisch ist als bislang angenommen. Einen Hinweis darauf hatten bereits Versuche mit Raupen (Spodoptera littoralis) bzw. Schnecken (Cepaea hortensis) gegeben: Beide Tierarten rufen in der Limabohne die Abgabe derselben Duftstoffe hervor, obwohl Raupen am Blatt kauen, während Schnecken mit Hilfe ihres speziellen Mundwerkzeugs, der Radula, das Blatt wie mit einem Sandpapier zerreiben.

Angela Overmeyer | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Duftstoffe Insektenfraß MecWorm Pflanze Raupe Raupen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften