Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grüner Duft wird Raupen zum Verhängnis

27.08.2010
Tabakschwärmer-Raupen wandeln beim Fressen ungewollt pflanzliche Inhaltsstoffe in Locksignale um und verraten sich so ihren Feinden

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena haben in Freilandstudien herausgefunden, dass Tabakschwärmerraupen über ihre Verdauungssekrete in Tabakblätter eine besondere Substanz abgeben, die einen dort vorhandenen Blattduftstoff schlagartig in ein duftendes Locksignal umwandelt. Mit diesem als (E)-2-Hexenal bezeichnetem Signal locken die Raupen ungewollt ihre eigenen Feinde an: insektenfressende Raubwanzen. Diese attackieren zielgenau nicht nur die frisch geschlüpften Raupenbabys, sondern vertilgen gleichzeitig die vom Muttertier abgelegten Eier. (Science, 27. August 2010)


Versuchsaufbau im Freiland: Auf der Unterseite eines Tabakblattes befinden sich Eier, eine junge Raupe und eine gerade gelandete Raubwanze. Bild: Danny Kessler



Eine frisch geschlüpfte Raupe des amerikanischen Tabakschwärmers (Manduca sexta) wird von einer Raubwanze der Gattung Geocoris attackiert. Die fressende Raupe hatte wenige Stunden zuvor unabsichtlich und katalysiert durch eine Substanz in ihrem Speichel die Chemie eines pflanzlichen \\\"grünen\\\" Duftstoffs derart verändert, dass dieser daraufhin ihren Feind zu ihrem eigenen Verderben und zum Vorteil der befallenen Pflanze angelockt hat. Bild: Matthey Film

Pflanzen haben ein ausgeklügeltes Verteidigungssystem. Sie sind in der Lage, sich nicht nur direkt gegen Fraßfeinde zu wehren, indem sie Giftstoffe produzieren, sondern auch indirekt. Sie geben spezielle duftende Moleküle in die Atmosphäre ab, die von insektenfressenden Schlupfwespen oder Raubwanzen wahrgenommen werden; diese fliegen dann zur attackierten Pflanze und fressen oder parasitieren deren Schädling - zum Überlebensvorteil der Pflanze.

Ökologen interessieren sich seit der Entdeckung der indirekten Verteidigungsstrategien für deren Abläufe und molekularen Mechanismen. Beispielsweise schalten fast alle Pflanzen einige ihrer Verteidigungslinien erst ein, wenn tatsächlich eine Raupe an ihnen frisst. Wie aber erkennt die Pflanze den Schädling? "Sehen kann sie ihre Angreifer nicht, aber diese könnten sich durch verdauungsfördernde Substanzen verraten, die üblicherweise in ihren Mundsekreten enthalten sind und die beim Fressen mit den Blättern in Berührung kommen", so Silke Allmann, Doktorandin in der von Ian Baldwin geleiteten Abteilung "Molekulare Ökologie". In seiner Abteilung wird gezielt in Pflanzen nach Substanzen, Signalketten und Stoffwechselwegen geforscht, sobald der Verteidigungsfall ausgelöst wurde.

Zwei Formen des Lockstoffs

Kürzlich sind die Wissenschaftler auf Inhaltsstoffe des wilden Tabaks aufmerksam geworden, die als "green leaf volatiles" bezeichnet werden; das sind flüchtige Verbindungen, die aus grünen Blättern nach Verwundung abgegeben werden. Diese Moleküle verleihen frisch gemähtem Rasen dessen typische frische Duftnote. Im letzten Jahr wurden die grünen Duftstoffe des Tabaks genau unter die Lupe genommen. Die Wissenschaftler fanden, dass die Menge eines bestimmten grünen Duftstoffes, nämlich des (E)-2-Hexenals, schnell zunahm, nachdem von Tabakschwärmerraupen gewonnenes Verdauungssekret auf verwundete Blätter aufgetragen wurde. Der Aldehyd Hexenal kommt in der Tabakpflanze in zwei isomeren Formen vor: (Z)-3-Hexenal und (E)-2-Hexenal. Z-E Umwandlungen können durch spezielle Enzyme, so genannte "Isomerasen", katalysiert werden. "Wir vermuteten, dass das vermehrte Auftreten von (E)-2-Hexenal einen Lockstoff für Raubwanzen darstellen könnte. Wir entdecken diese Wanzen nämlich immer dann, wenn auf Tabakblättern Tabakschwärmerraupen aus den Motteneiern schlüpfen und zu fressen beginnen", sagt Ian Baldwin.

Um diese Vermutung zu erhärten, wurden Versuchsserien gestartet, bei denen Motteneier und verschiedene Mischungen aus (Z)-3-Hexenal und (E)-2-Hexenal eingesetzt wurden. Auf Blätter von im Freiland wachsenden Tabakpflanzen wurden Eier aufgeklebt und direkt daneben verschiedene Duftsignal-Mixturen mittels Wattestäbchen aufgetragen. Nach zwölf und 24 Stunden wurde das Schicksal der Eier ermittelt. Ergebnis: Vornehmlich mit dem "Z-Köder" parfümierte Pflanzen zeigten nur einen Verlust von acht Prozent der ausgelegten Eier, während die "E-Köder parfümierten Pflanzen" einen Verlust von 24 Prozent aufwiesen. Und tatsächlich: Diese Eier waren von Raubwanzen der Gattung Geocoris vertilgt worden. Auffallend war die schnelle Reaktionszeit nach Auslösen des Verteidigungsfalles: In weniger als einer Stunde war die Umwandlung der Moleküle von Z nach E vollzogen, und in weniger als 24 Stunden waren Raub und Vertilgen der Eier vollbracht. "Andere indirekte Verteidigungsmaßnahmen von Pflanzen, die erst einmal neue Stoffwechselwege in Betrieb setzen müssen, bevor sie überhaupt Duftsignale bilden und aussenden können, sind bedeutend langsamer", erklärt Ian Baldwin. Bildung und Abgabe des (E)-2-Hexenal-Duftsignals erfolgen derart schnell, dass suchend umherfliegende Wanzen ausreichende "chemische" Information über den genauen Aufenthaltsort ihrer auf dem Blatt fressenden Beute bekommen. Genau diese durch das Duftsignal verratene Ortsangabe ihres Fraßfeindes ist es, die den chemischen Alarmruf für die Pflanze so effektiv macht.

Aber mit welcher Substanz verrät sich die Raupe? "Die einfachste Annahme ist, dass das Verdauungssekret der Tiere ein spezielles Enzym, wahrscheinlich eine Isomerase, enthält, welches das Z:E Verhältnis des Aldehyds in Richtung (E)-2-Hexenal verschiebt", so Silke Allmann. Um dies zu überprüfen, wurde Verdauungssekret kurz erhitzt und nachfolgend auf verwundete Blätter aufgetragen. Da sich nun kein (E)-2-Hexenal mehr bildete, handelt es sich bei der unbekannten Substanz wahrscheinlich tatsächlich um ein Enzym, da diese typischerweise Hitze-instabil sind. Auch wurde geprüft, ob die Tabakpflanzen ganz speziell auf das Sekret des Tabakschwärmers oder aber auch auf Sekrete anderer Raupenspezies reagierten. Interessanterweise zeigten die Sekrete zweier Eulenfalterarten (Spodoptera exigua und S. littoralis) deutlich geringere Effekte.

Schutz vor Infektionen?

Ein Frage bleibt jedoch noch unbeantwortet: Warum enthält das Mundsekret der Tabakschwärmerraupen eine Substanz, die ihnen ja letztlich zum tödlichen Verhängnis wird, sobald sie an Tabakblättern nagen? Silke Allmann und Ian Baldwin vermuten, dass die Bildung von (E)-2-Hexenal die Raupen vielleicht vor anderen Angreifern schützen kann, beispielsweise vor bakteriellen Infektionen. Schädliche Mikroorganismen, zahlreich und jeden Tag mit der Blattnahrung aufgenommen, könnten durch das (E)-2-Hexenal schnell und effektiv getötet werden, denn dieser Stoff ist als ein stark antibiotisches Mittel bekannt. Damit ergäbe sich eine existenzielle Gratwanderung für die Raupen: Einerseits laufen sie durch die Abgabe von (E)-2-Hexenal Gefahr, von Wanzen verheerend attackiert zu werden, andererseits aber garantiert das Vorhandensein von (E)-2-Hexenal eine gesunde, nicht durch Bakterien kontaminierte Nahrung.

Der eigentliche Gewinner dieser Nahrungskette ist jedoch die Raubwanze, weil sie unbeschadet und satt aus dem Rennen hervorgeht - dank ihrer sensiblen Antennen, mit denen sie das (E)-2-Hexenal schon in kleinsten Mengen riechen kann.

Originalveröffentlichung:

S. Allmann, I. T. Baldwin
Insects betray themselves in nature to predators by rapid isomerization of green leaf volatiles.

Science, 27. August 2010

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Ian T. Baldwin
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena
Tel.: +49 3641 57-1101
E-Mail: baldwin@ice.mpg.de
Silke Allmann
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena
Tel.: +31 0624 356988
E-Mail: sallmann@ice.mpg.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Regenbogenfarben enthüllen Werdegang von Zellen
25.09.2017 | Technische Universität Dresden

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

Junge Physiologen Tagen in Jena

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

25.09.2017 | Messenachrichten

Fraunhofer ISE steigert Weltrekord für multikristalline Siliciumsolarzelle auf 22,3 Prozent

25.09.2017 | Energie und Elektrotechnik

Die Parkinson-Krankheit verstehen – und stoppen: aktuelle Fortschritte

25.09.2017 | Medizin Gesundheit