Wie Pflanzen ihre Schädlinge austricksen

Die Chemie muss stimmen

Sammeln der Duftstoffe bei Nicotiana attenuata. Bild vergrößern
Sammeln der Duftstoffe bei Nicotiana attenuata.

Während sich nach einer mechanischen Beschädigung die Abgabe von Blattduftstoffen sofort lokal und temporär erhöht, werden Terpenoide und Methylsalicylat erst einige Stunden danach abgegeben – vorausgesetzt, ein Pflanzenfresser hat das Pflanzengewebe geschädigt oder Speichel des Schädlings wurde auf die Wunde aufgetragen. Der Duftmix, den die Pflanze produziert, hängt von der Art des Pflanzenfressers ab. Dabei kann sich das Duftstoffgemisch auch lediglich im Mengenverhältnis der Substanzen unterscheiden. Die Forscher manipulierten einzelne Komponenten des Duftsignals von Nicotiana attenuata: Nur die Duftstoffe der Wildtyp-Pflanze lockten den Räuber Geocoris pallens, die Raubwanze, an. Sie ist verantwortlich für etwa 95 Prozent der Tabakschwärmermortalität und attackiert zusätzlich andere Schädlinge des Wilden Tabaks wie Blattwanzen und Flohkäfer.

Die Spezifität des Duftsignals basiert also auf der Art der Schädigung durch einen bestimmten Pflanzenfresser. Mit viel Spürsinn haben sich Ian Baldwin, Direktor am Institut in Jena, und seine Mitarbeiter daran gemacht, die chemischen Auslöser (Elicitoren) zu identifizieren: Die Raupe wird durch leichten Druck mit einer Pinzette gereizt und gibt dabei einen Flüssigkeitstropfen ab, der mit einer Glaskapillare aufgenommen wird. Aufgrund der hoch empfindlichen Analysetechnik genügt den Biochemikern bereits ein Mikroliter Speichelsekret. Aus diesem Tropfen haben die Forscher so genannte Fettsäure-Aminosäure-Konjugate (FAC) isoliert. Entfernt man diese aus dem Speichel, so reagiert die Pflanze nicht mit der üblichen Abgabe bestimmter flüchtiger Pflanzenstoffe. Fügt man sie jedoch wieder hinzu, lässt sich die Wirksamkeit des Speichels wieder herstellen.

Im Experiment simulieren die Wissenschaftler einen Befall durch den Tabakschwärmer Manduca sexta durch Auftragen des Speichelsekrets auf eine verletzte Stelle des Blattgewebes und verfolgen anschließend die chemischen Veränderungen in der Pflanze: Zunächst erhöht sich die Konzentration des Verwundungshormons Jasmonsäure, und zwar deutlich mehr als dies eine Gewebeverletzung allein verursachen würde. Und die Pflanze produziert Duftstoffe. Darüber hinaus bewirkt das Speichelsekret einen starken Ethylenanstieg, der die durch Jasmonsäure ausgelöste Nikotinproduktion verlangsamt. Ethylen verringert nämlich die Transkriptionsrate wichtiger Gene für die Nikotinbiosynthese.

Für die Analyse im Labor genügt schon ein Tropfen Raupenspeichel, der mit einem Glasröhrchen aufgenommen wird. Bild vergrößern
Für die Analyse im Labor genügt schon ein Tropfen Raupenspeichel, der mit einem Glasröhrchen aufgenommen wird.

Als Antwort auf eine Attacke durch den Amerikanischen Tabakschwärmer regulieren die Pflanzen also ihre direkte Abwehr (toxisches Nikotin) herunter, während sie die indirekte Abwehr (Emission eines Duftsignals) aktivieren. Die Manduca-Larve wäre für Räuber aufgrund der verringerten Nikotin-Konzentration in der Hämolymphe schmackhafter und wegen der Duftstoff-Emission leichter lokalisierbar. Tatsächlich attackiert die Raubwanze Geocoris pallens die Eier des Tabakschwärmers und seine frühe Larvenstadien 5 bis 7 mal mehr, wenn die Pflanze in Freilandpopulationen mit einzelnen Duftsubstanzen behandelt wurde. Da Geocoris pallens die Tabakschwärmerraupen sehr früh in ihrer Entwicklung angreift – also bereits bevor die Pflanzen größere Schäden erleiden – ist der Fitnessgewinn für die Pflanze beträchtlich.

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