Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ernährungsanpassung mit Hilfe von Bakterien

10.06.2015

Wissenschaftler der Forschungsgruppen Insektensymbiosen und Experimentelle Ökologie und Evolution am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie haben jetzt entdeckt, dass Feuerwanzen durch den Erwerb von Symbiosebakterien im Darm eine Futterquelle nutzen konnte, die bis dahin unverdaulich war. In der Folge bildete sich eine Vielzahl von Arten in dieser neuen ökologischen Nische aus.

Unter allen Tieren sind Insekten die bei weitem artenreichste Gruppe. Da viele Insekten an Pflanzen fressen, sind sie ständig mit einer Vielzahl direkter und indirekter pflanzlicher Verteidigungsmechanismen konfrontiert.


Feuerwanzen, wie die Baumwollwanze Dysdercus cingulatus, sind bei der Nutzung ihrer Nahrungsquelle auf symbiotischen Darmbakterien angewiesen.

Martin Kaltenpoth / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie


Die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung der symbiotischen Mikroorganismen im Darm der Insekten zeigt allgemeine Bakterien (rot), Coriobacterium (grün) und die Zellkerne des Wirtes (lila).

Sailendharan Sudakaran / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Im Gegenzug haben Insekten unterschiedliche morphologische und biochemische Anpassungen und Verhaltensstrategien entwickelt, um die Pflanzenabwehr zu überwinden. Wissenschaftler der Forschungsgruppen Insektensymbiosen und Experimentelle Ökologie und Evolution am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie haben jetzt entdeckt, dass eine Gruppe von Insekten durch den Erwerb von Symbiosebakterien im Darm eine Futterquelle nutzen konnte, die bis dahin unverdaulich war.

In der Folge bildete sich eine Vielzahl von Arten in dieser neuen ökologischen Nische aus. (The ISME Journal, Mai 2015).

Bei den Insekten wurde besonders Wanzen im Hinblick auf die mit ihnen assoziierten Symbionten gründlich untersucht. Bisherige Studien konnten zeigen, dass viele Pflanzensaft saugende Insekten mikrobielle Symbionten in speziellen Wirtszellen in ihrem Körper beherbergen. Im Gegensatz dazu sind Wanzen, die an reproduktiven Pflanzenteilen wie Blüten und Samen fressen, oft mit Bakterien vergesellschaftet, die außerhalb der Wirtszellen zumeist im Darm der Insekten oder in damit assoziierten speziellen Strukturen zu finden sind.

Man geht davon aus, dass diese Symbionten ihre Wirte mit Nährstoffen versorgen, an denen es in ihrer Nahrung mangelt; außerdem könnten sie zur Entgiftung von Toxinen in der Nahrung beitragen. Zu den Insekten, die Symbionten im Darm beherbergen, gehören auch Feuerwanzen (Pyrrhocoridae), deren Nahrung aus Samen von Malvengewächsen besteht. Malvensamen sind reich an giftigen Allelochemikalien, dafür mangelt es ihnen an essenziellen Nährstoffen.

Aus diesem Grund nutzen nur wenige pflanzenfressende Insekten Malvensamen als Futterquelle. Frühere Untersuchungen zeigten, dass die Europäische Feuerwanze Pyrrhocoris apterus Darmbakterien besitzt, die für ihre erfolgreiche Entwicklung unentbehrlich sind (siehe auch unsere Pressemitteilung "Feuerwanzen brauchen Symbiose-Bakterien zum Überleben", http://www.ice.mpg.de/ext/976.html?&L=1, vom 9. Januar 2013). Insbesondere sind es bakterielle Symbionten aus der Familie der Coriobacteriaceae, die ihre Wirtsinsekten mit lebenswichtigen B-Vitaminen versorgen (siehe auch unsere Pressemitteilung "Vitamin-Lieferanten im Wanzendarm", http://www.ice.mpg.de/ext/1174.html?&L=1, vom 1. Dezember 2014).

Allerdings war bisher unklar, ob die in Feuerwanzen identifizierten Mikroorganismen in verschiedenen Arten weit verbreitet sind und ob der Erwerb dieser Symbionten im Laufe der Evolution diese Arten überhaupt erst befähigte, Malvensamen als neue Futterquelle zu erschließen.

Um dies zu klären, nutzten die Forscher eine Hochdurchsatz-Sequenziertechnologie, um die bakteriellen Darmgemeinschaften zu bestimmen, die mit verschiedenen Arten aus der Familie der Feuerwanzen und der nahe verwandten Wanzenfamilie der Largidae assoziiert sind. Sie fanden dabei heraus, dass viele verschiedene Feuerwanzenarten im Wesentlichen die gleichen Darmbakterien besitzen. In Wanzen aus der Familie der Largidae waren diese Symbionten jedoch nicht zu finden.

Die Vergesellschaftung von Feuerwanzen und ihren Symbionten ist auf der Basis von stammesgeschichtlichen Analysen etwa 81 Millionen Jahre alt, das entspricht der späten Kreidezeit. Interessanterweise entstanden zu dieser Zeit auch ihre Wirtspflanzen, die Malvengewächse. „Der Erwerb von symbiotischen Darmbakterien hatte offenbar zur Folge, dass Feuerwanzen mit dem Mangel an bestimmten Nährstoffen sowie dem Vorhandensein pflanzlicher Abwehrstoffe in Malvengewächsen zurecht kommen und diese als Futterquelle nutzen konnten,“ erläutert Sailendharan Sudakaran, der Erstautor der Untersuchung.

Die enorme Artenvielfalt innerhalb der Gruppe der Feuerwanzen, die die gleichen Darmbakterien beherbergen, legt nahe, dass mikrobielle Symbionten eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Ausbreitung dieser Arten in einer neuen ökologischen Nische spielten.

nsekten sind im Allgemeinen mit vielen verschiedenen Symbiosebakterien assoziiert. Die immensen Fortschritte bei modernen Sequenziertechnologien haben die Bedeutung von Symbionten für die Ernährung ihrer Wirte immer deutlicher untermauert. Wie die Symbiose mit Bakterien einen Wirtswechsel und die Ausbildung neuer Arten ermöglicht, muss jedoch noch genauer untersucht werden. Die hier vorgestellte Arbeit stellt dabei ein wichtiges Fallbeispiel vor.

„Die spannendste Frage, deren Antwort noch aussteht, ist die, wie allgemein das Phänomen evolutionärer Innovation aufgrund von Symbiose ist, insbesondere im Hinblick auf die Anpassung von Insekten an ein breites Spektrum an Wirtspflanzen. Um den Einfluss von Symbiosebakterien besser verstehen zu können, muss man die Nahrungsökologie ihrer Wirtsinsekten genauer untersuchen und die Änderungen analysieren, die der Erwerb oder der Austausch von Symbionten in Insekten verursacht,“ fassen die Autoren zusammen.

Viele Insekten sind Pflanzenfresser und daher oft Schadorganismen an wirtschaftlich bedeutsamen Kulturpflanzen. Genauere Kenntnisse über die Rolle von Symbiosen bei der Anpassung von Insekten an eine Vielzahl von unterschiedlichen Pflanzen könnten neue Wege bei der Bekämpfung von Ernteschädlingen eröffnen. [AO/SS]

Originalveröffentlichung:
Sudakaran, S., Retz, F., Kikuchi, Y., Kost, C., Kaltenpoth, M. (2015). Evolutionary transition in symbiotic syndromes enabled diversification of phytophagous insects on an imbalanced diet. The ISME Journal. doi: 10.1038/ismej.2015.75
http://dx.doi.org/10.1038/ismej.2015.75

Weitere Informationen:
Dr. Martin Kaltenpoth, Max Planck Institute for Chemical Ecology, Hans-Knöll-Straße 8, 07745 Jena, Germany, Tel. +49 3641 57-1800, E-Mail mkaltenpoth@ice.mpg.de
Sailendharan Sudakaran, Max Planck Institute for Chemical Ecology, Hans-Knöll-Straße 8, 07745 Jena, Germany, Tel. +49 3641 57-1804, E-Mail ssudakaran@ice.mpg.de

Kontakt und Bildanfragen:
Angela Overmeyer M.A., Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8,
07743 Jena, +49 3641 57-2110, E-Mail overmeyer@ice.mpg.de

Download von hochaufgelösten Fotos über http://www.ice.mpg.de/ext/downloads2015.html

Weitere Informationen:

http://www.ice.mpg.de/ext/insect-symbiosis.html?&L=1 (Max-Planck-Forschungsgruppe Insektensymbiose)

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht "Brauchen wir das?" Auf dem Weg zu einer umweltgerechten Bedarfsprüfung von Infrastrukturprojekten
09.08.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

nachricht Wenn die Tigermücke zum Problem wird
07.08.2017 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie