Sexuallockstoff von Parasiten warnt Fliegenmütter

17. Dezember  2015    Nr. 21/2015 (155)

Drosophila-Weibchen meiden bei der Eiablage den Geruch parasitischer Wespen und verbessern so die Überlebenschancen ihrer Larven

Eine parasitische Wespe (Leptopilina boulardi) legt ihre Eier in Larven der Schwarzbäuchigen Taufliege Drosophila melanogaster. In der Natur fällt ein Großteil der Larven diesen Parasiten zum Opfer. Allerdings können sowohl Larven und erwachsene Fliegen den Duft der Wespen erkennen und aktiv vermeiden. Copyright: Markus Knaden, MPI chem. Ökol.


Weibchen der Schwarzbäuchigen Taufliege Drosophila melanogaster reagieren besonders stark auf den Duft ihrer schlimmsten Feinde, parasitischen Wespen der Gattung Leptopilina. In der Natur werden bis zu 80 Prozent der Larven von diesen Wespen parasitiert, die ihre Eier in die Larven legen. Der Wespennachwuchs frisst dann den Fliegennachwuchs von innen auf. Ein angeborenes Frühwarnsystem verschafft den Fliegen jedoch einen Überlebensvorteil. Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie gelang jetzt die Identifizierung der auf den Feindesduft spezialisierten Sinneszelle der Fliege sowie der chemischen Verbindungen aus dem Körpergeruch der Wespen, die den Fluchtreflex der Fliege auslösen. Eine dieser Verbindungen ist der Sexuallockstoff der Wespen. Erstmals konnte ein Schaltkreis im Geruchssystem in einem Insekt beschrieben werden, der ausschließlich auf das Aufspüren eines todbringenden Feindes spezialisiert ist. (PLOS Biology, Dezember 2015)

Das Zusammenleben verschiedener Lebewesen in der Natur ist oftmals ein Wechselspiel von fressen und gefressen werden. Im Laufe der Evolution haben Organismen verschiedenste Anpassungen entwickelt, die ihr Überleben sichern oder ihre Überlebensrate zumindest verbessern können. Der hochsensible und hochspezialisierte Geruchssinn von Insekten trägt in vielfältiger Weise dazu bei.

Wissenschaftler der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie um Bill Hansson und Markus Knaden haben jetzt zusammen mit internationalen Partnern entdeckt, dass die Taufliege Drosophila melanogaster über eine Sinneszelle verfügt, die ausschließlich auf das Aufspüren des Sexuallockstoffs von parasitischen Wespen spezialisiert ist. Entscheidend für die Ergebnisse war eine Kombination aus gas-chromatografischen und elektrophysiologischen Untersuchungen sowie Verhaltensstudien mit Fliegen und Larven. Damit haben die Wissenschaftler herausgefunden, welche Wespendüfte von welchen Geruchsrezeptoren der Fliegen wahrgenommen werden und dass sich diese Wahrnehmung auf das Verhalten der Fliegen auswirkt: Sowohl die erwachsenen Fliegen also auch ihre Larven meiden aktiv den Wespengeruch.

Drei Bestandteile des Wespendufts aktivierten eine einzige Sinneszelle auf den Antennen von ausgewachsenen Drosophila-Fliegen. Chemische Analysen ergaben, dass es sich bei den drei Substanzen um Actinidin, Nepatalactol und Iridomyrmecin handelt. Erstaunlicherweise ist Iridomyrmecin der Sexuallockstoff der Wespenweibchen. Während ausgewachsene Fliegen zwei Geruchsrezeptoren haben, die alle drei Substanzen aus dem Wespenduft wahrnehmen können, fehlt bei den Larven einer der beiden Rezeptoren. Sie nehmen daher nur einen der Wespendüfte wahr, das Sexualpheromon Iridomyrmecin.

Die Ergebnisse zeigen erneut, wie hochspezifisch einzelne Duftrezeptoren in Drosophila sein können. Die Wissenschaftler hatten in früheren Versuchen bereits alle Rezeptoren mit einer Vielzahl von Düften getestet. Einzelne Rezeptoren konnten jedoch nicht aktiviert werden, weshalb die Forscher vermuteten, dass es sich um sehr spezifische Rezeptoren handeln müsse. Sie überlegten, welche Düfte für die Fliegen und ihr Überleben in der Natur besonders wichtig sein könnten und testeten so auch den Geruch parasitischer Wespen. „Bis vor kurzem war man der Meinung, dass die meisten Düfte über mehrere Rezeptoren wahrgenommen werden und jeder Rezeptor von einer Vielzahl von Düften gereizt wird. Aus dem Aktivierungsmuster der verschiedenen Rezeptoren kann die Fliege dann auf Umgebungsdüfte schließen. Die Erkenntnisse aus unserem Labor haben jedoch gezeigt, dass zumindest ein Teil des Geruchssystems der Fliege hochspezifisch ist. Düfte, die besonders wichtig sind, werden nicht über das generelle System wahrgenommen und verrechnet, sondern haben jeweils einen eigenen Kanal. Das scheint zu bewirken, dass Feindabwehr, Erkennung von gefährlichen Bakterien (Geosmin), oder die besten Eiablageplätze (Limonen) nicht durch weitere Umgebungsdüfte gestört werden“, sagt Markus Knaden, der zusammen mit Bill Hansson die Untersuchungen geleitet hat.

Die Stärke dieser Studie liegt darin, dass sie mehrere Beweisführungslinien miteinander kombiniert, die auf chemischen und physiologischen Analysen sowie Verhaltensexperimenten mit Fliegen und Larven beruhen. So konnten die Wissenschaftler zeigen, dass Taufliegen im Laufe der Evolution gelernt haben, den Duft der Parasiten zu ihrem Vorteil zu nutzen und sich so besser schützen können. Dies ist umso bedeutsamer, als es sich um ein angeborenes Merkmal handelt, denn die getesteten Fliegen waren vorher nie in der Nähe parasitischer Wespen gewesen und kannten ihren Duft nicht. Vier weitere Drosophila-Arten zeigten das gleiche Vermeidungsverhalten gegenüber dem Wespenduft. Dass die Taufliegen ihre Feinde an deren Sexuallockstoff erkennen, ist ein besonderer evolutionärer Schachzug, der Drosophila einen Vorteil verschafft, auf den die Wespen nicht so leicht in einer Gegenanpassung reagieren können, denn die Abgabe dieses Duftstoffes ist für ihre Fortpflanzung unverzichtbar. [AO]


Originalveröffentlichung:

Ebrahim, S. A. M., Dweck, H. K. M., Stökl, J., Hofferberth, J. E., Trona, F., Weniger, K., Rybak, J., Seki, Y., Stensmyr, M. C., Sachse, S., Hansson, B. S., Knaden, M. (2015). Drosophila avoids parasitoids by sensing their semiochemicals via a dedicated olfactory circuit. PLOS Biology. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002318
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.1002318 


Weitere Informationen:
Dr. Markus Knaden, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Straße 8, 07745 Jena, Tel. +49 3641 57-1421, E-Mail mknaden [at] ice.mpg.de     

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