Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Giftiger Atem hält Spinnen fern

02.01.2014
Tabakschwärmerraupen atmen winzige Mengen von Nikotin aus und halten sich damit räuberische Wolfsspinnen vom Leib

Raupen nutzen unterschiedliche Strategien, um sich vor Feinden zu schützen: Viele Raupenarten tarnen sich oder warnen durch grellen Farben, andere haben Brennhaare oder sondern giftige Substanzen ab. Manche richten sich sogar zu Drohgebärden auf.


Interaktion zwischen der Tabakschwärmerraupe Manduca sexta und der räuberischen Wolfsspinne Camptocosa parallela: Das über das Tracheensystem ausgeatmete giftige Nicotin schreckt die Spinne ab.

Danny Kessler; Grafiken: Pavan Kumar und Sagar Pandit, MPI chem Ökol.


Wolfsspinne Camptocosa parallela attackiert eine Tabakschwärmerraupe im Laborversuch.

Pavan Kumar, MPI chem. Ökol.

Einem bislang völlig unbekannten Schutzmechanismus sind Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena auf die Spur gekommen: Tabakschwärmerraupen leiten einen winzigen Teil des mit der Nahrung aufgenommenen, hochgiftigen Nikotins in ihre in ihre Körperflüssigkeit und von dort aus in das Atmungssystem. So atmen sie das Nikotin wieder aus und schrecken dadurch Feinde ab.

Die Erkenntnisse wurden durch die Verbindung molekularbiologischer Methoden und genauer Beobachtung von Organismen in ihrem natürlichen Lebensraum möglich. (Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 30. Dezember 2013, DOI 10.1073/pnas.1314848111)

Die Bedeutung des Ökosystems für die Erforschung von Genfunktionen

Das Verständnis einzelner Genfunktionen ist ein zentrales Ziel der biologischen Forschung. Schließlich funktionieren Gene auf der Ebene des ganzen Organismus, wo ihr Einfluss auf dessen Darwinian Fitness darüber entscheidet, ob ein Gen im Laufe der Evolution erhalten bleibt, verändert wird oder aus dem Genom verschwindet. Die Methode des Gene Silencing wird erfolgreich in der Forschung angewandt, um die Funktion einzelner Gene zu überprüfen und ihre Bedeutung für das Überleben eines Organismus zu bestimmen.

Um aber neben ihrer biochemischen und physiologischen Funktion, die im Labor gut untersucht werden kann, auch die ökologische Rolle einzelner Gene zu bestimmen, ist es unerlässlich, Organismen in ihrem natürlichen Lebensraum zu untersuchen. Die Wissenschaftler um Ian Baldwin aus der Abteilung Molekulare Ökologie sind Pioniere dieses Forschungsansatzes, den sie „Frag das Ökosystem“ nennen. „Die Natur ist nach wie vor unser wichtigster Lehrmeister“, betont Ian Baldwin. „Hier entscheidet sich, wer überlebt. Nur in der Natur mit allen ihren Unabwägbarkeiten können die Funktionen einzelner Gene überhaupt erkannt werden.“

Für ihre Freilandexperimente verwendeten die Wissenschaftler Tabakpflanzen, die kein Nikotin mehr bilden können. Darüber hinaus legten sie im Darm der Raupen mit Hilfe der sogenannten RNAi-Technik eine Variante des Enzyms Cytochrom P450 still (siehe Pressemeldung vom 2. Februar 2012 „Gelbe Biotechnologie: Insekten-Gene im Hochdurchsatz mithilfe von Futterpflanzen erforschen“). Dieses Enzym wird durch die Aufnahme von Nikotin aktiviert. Nun konnten die Forscher das Schicksal von Raupen, die auf nikotinfreien Pflanzen fressen, mit dem von Tieren vergleichen, die zwar Nikotin mit ihrer Nahrung aufgenommen hatten, die es aber mangels Cytochrom P450 nicht weiterverarbeiten können.

Räuberische Spinne hilft Wissenschaftlern bei der Aufklärung des Abwehrmechanismus

Unerwartete Hilfe bei ihren Analysen bekamen die Wissenschaftler von der Wolfsspinne Camptocosa parallela, die bei vorangegangenen Experimenten im Freiland nicht in Erscheinung getreten war. Erstaunlicherweise interessierte sich der nachtaktive Räuber nicht nur für Raupen, die nikotinfreie Nahrung zu sich genommen hatten, sondern auch für die Raupen, die das Nikotin im Körper nicht weiter verarbeiten konnten. Das Cytochrom P450 musste also ein wichtiger Teil eines Abwehrmechanismus gegen diese Spinne sein.

Weitere Analysen ergaben, dass das Enzym in Tabakschwärmerraupen kleinste Mengen des Nikotins aus der Blattnahrung in eine Transportform umwandeln kann, um es dann über die Körperflüssigkeit in das Atmungssystem zu leiten. Über die Öffnungen des Tracheensystems, die sogenannten Stigmen an den Seiten des Raupenkörpers, gibt die Raupe dann eine Art Anti-Spinnen-Signal ab. Andere Feinde der Raupen, wie z.B. Weichwanzen oder Ameisenlöwen, sind vollkommen unempfindlich gegen dieses Abwehrsignal.

Als Abwehrstoff der Wirtspflanze ist Nikotin für die Raupen so giftig, dass sie ihn nicht in ihrem Gewebe einlagern können. Sie scheiden deshalb das meiste davon wird wieder aus. Dass sie einen winzigen Teil davon für ihre eigene Verteidigung umwandeln, um mit einer Art giftigem Atem räuberische Spinnen fernzuhalten, hat die Wissenschaftler überrascht. „Dieser Fall von schlechtem toxischem Atem zur Abwehr von Feinden ist bislang einzigartig“, fasst Ian Baldwin die Ergebnisse zusammen.Das Beispiel der Wolfsspinne unterstreicht die Bedeutung des Forschungsansatzes, der molekularbiologische Methoden mit Freilandforschung und Beobachtungen im Ökosystem verbindet. Im Labor wären diese Erkenntnisse nicht möglich gewesen, denn als möglicher Fraßfeind der Raupen war die Spinne den Wissenschaftlern bislang völlig unbekannt. [AO]

Originalveröffentlichung:
Kumar, P., Pandit, S. S., Steppuhn, A., Baldwin, I. T. (2014). A natural history driven, plant mediated RNAi based study reveals CYP6B46’s role in a nicotine-mediated anti-predator herbivore defense. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. DOI 10.1073/pnas.1314848111

http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1314848111

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Ian T. Baldwin, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, E-Mail baldwin [at] ice.mpg.de, Tel.: +49 3641 57 1101

Download von hochaufgelösten Fotos und Filmen auf www.ice.mpg.de/ext/735.html

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Besser lernen dank Zink?
23.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Raben: "Junggesellen" leben in dynamischen sozialen Gruppen
23.03.2017 | Universität Wien

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: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen