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 Eisenmangel hemmt marine Mikroorganismen
19.05.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Wie verändert der Verlust von Arten die Ökosysteme?
18.05.2017 | Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig

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: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Im Focus: XENON1T: Das empfindlichste „Auge“ für Dunkle Materie

Gemeinsame Meldung des MPI für Kernphysik Heidelberg, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster

„Das weltbeste Resultat zu Dunkler Materie – und wir stehen erst am Anfang!“ So freuen sich Wissenschaftler der XENON-Kollaboration über die ersten Ergebnisse...

Im Focus: World's thinnest hologram paves path to new 3-D world

Nano-hologram paves way for integration of 3-D holography into everyday electronics

An Australian-Chinese research team has created the world's thinnest hologram, paving the way towards the integration of 3D holography into everyday...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

Branchentreff für IT-Entscheider - Rittal Praxistage IT in Stuttgart und München

22.05.2017 | Veranstaltungen

Flugzeugreifen – Ähnlich wie PKW-/LKW-Reifen oder ganz verschieden?

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Myrte schaltet „Anstandsdame“ in Krebszellen aus

22.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

22.05.2017 | Physik Astronomie

Wie sich das Wasser in der Umgebung von gelösten Molekülen verhält

22.05.2017 | Biowissenschaften Chemie