Öklogische Bedeutung von Wirk- und Signalstoffen bei Insekten

Um die ökologische Bedeutung von Wirk- und Signalstoffen bei Insekten, die Ermittlung von deren Struktur bis hin zur Funktion geht es bei dem neuen Bayreuther Graduiertenkollege 678, das am kommenden Samstag (14. Juli 2001) eröffnet wird.

Eröffnung des Graduiertenkollegs 678 am 14. Juli
Untersuchung der öklogische Bedeutung von Wirk- und Signalstoffen bei Insekten durch Doktoranden
1,5 Millionen DM für erste Förderperiode – Drei Gastredner zur Eröffnung

Bayreuth (UBT). Um die ökologische Bedeutung von Wirk- und Signalstoffen bei Insekten, die Ermittlung von deren Struktur bis hin zur Funktion geht es bei dem neuen Bayreuther Graduiertenkollege 678, das am kommenden Samstag (14. Juli 2001, 11 Uhr s.t.) im Hörsaal H 13 des Gebäudes Naturwissenschaften I, eröffnet wird.

Ziel des Kollegs ist es, einen Ausbildungsschwerpunkt für Graduierte auf dem Gebiet der Chemischen Ökologie und Ökophysiologie von Insekten an der Universität Bayreuth zu schaffen. Dynamische Prozesse in der Natur werden vor allem durch Kommunikationsvorgänge physikalischer und chemischer Natur aufrechterhalten. Signalgebung mittels chemischer Strukturen ist eine ubiquitär vorhandene, universelle Eigenschaft lebender Organismen. Chemische Wechselbeziehungen bestimmen das Zusammenwirken von Zellen und Organen genauso wie das Zusammenleben der Organismen in einem Lebensraum.

Die Aufklärung von Wirk- und Signalstoffen aus Insekten und Pflanzen und das Studium ihrer Wirkungsmechanismen bilden die thematische Grundlage des Graduiertenkollegs. Durch das Studium von Wirk- und Signalstoffen bei bzw. für Insekten auf molekularer, zellulärer und organismischer Ebene in interdisziplinären Projekten sollen Doktoranden und Postdoktoranden auf den neuesten Kenntnisstand experimenteller ökologischer Grundlagenforschung und auch ihrer praktischen Anwendung z.B. in der biologischen Schädlingsbekämpfung gebracht werden.

Der Universität Bayreuth werden für die erste Förderperiode Gesamtmittel in Höhe von 1.545.440.-DM zur Verfügung gestellt. Darin enthalten sind 12 Stipendien für Doktoranden, 2 Postdoktorandenstipendien sowie Sachmittel für Verbrauchsmaterial, Kleingeräte, Gastwissenschaftler, Workshops/Tagungen und Reisen der Kollegiaten.
Nach der Begrüßung durch den Sprecher Prof. Dr. Klaus H. Hoffmann (Lehrstuhl Tierökologie I) stehen drei Vorträge auf dem Programm:

Zunächst spricht Dr. Felix Wäckers, NIOO CTO, Heteren, Niederlande, über „Signalstoffe in der Kommunikation zwischen drei trophischen Ebenen: Katz und Maus Spiele und Hilferufe“. Ökosysteme, so wird er ausführen, lassen sich in trophische Stufen einteilen, wobei Pflanzen die erste trophische Stufe ausmachen, Herbivore (Pflanzenfresser) die zweite und Prädatoren nebst Parasitoiden die dritte.
Parasitoide kennzeichnen sich durch die Tatsache, dass ihre larvale Entwicklung in anderen Insekten (euphemistisch ’Wirte’ genannt) stattfindet, welche infolge der Parasitierung absterben.

Parasitoide und ihre – oft herbivoren – Wirte spielen ein evolutionäres ’Katz und Maus Spiel’. Die Wirte stehen dabei unter einem Selektionsdruck, die Produktion potentieller Signale zu minimalisieren. Dem stellen Parasitoide Strategien gegenüber, die es ihnen ermöglichen, auch unauffällige Wirte zu orten. Drei dieser Strategien werden kurz besprochen.

Echo-Ortung. Das Puppenstadium der Insekten entzieht sich am ehesten der Wahrnehmung, da Pupparien oft gut versteckt sind und kaum sensorische Reize produzieren (kein Frass, keine oder nur geringe Bewegung, keine Kotausscheidung). Parasitoide von Puppenstadien haben dieses Problem teilweise gelöst, indem sie selber Reize zur Wirtsauffindung produzieren. Die Arbeitsgruppe von Dr. Wäckers konnten für den Puppenparasitoiden Pimpla turionellae nachweisen, dass dieser während der Wirtssuche gezielt Vibrationen erzeugt und diese über die Antennen auf das Substrat weiterleitet. Die Resonanz des Substrats wird vom Weibchen wahrgenommen und erlaubt es ihm Hohlräume im Substrat zu finden. Diese Form der Echo-Ortung kann von dem Parasitoiden eingesetzt werden, um verborgene Wirte (z.B. Puppen von Stengelbohrern, oder Blattrollern) zu lokalisieren.

Assoziatives Lernen. Das Erlernen sensorischer Reize, die verlässlich mit dem Wirt assoziiert sind, ermöglicht es Parasitoiden, auch solche Reize zur Wirtsfindung zu nutzen, die nur lokal oder temporär zuverlässlich sind. Parasitoide können sowohl chemische wie auch visuelle Reize mit Wirten assoziieren, wobei das Lernvermögen der Parasitoide an ihre ökologischen Bedürfnisse angepasst ist.

Herbivoren-induzierte Reaktionen der Pflanze. Die Pflanze ist nicht passiv in der trophischen Dreiecksbeziehung. Sie kann aktiv die Effizienz der Nützlinge steigern und sich so indirekt gegen die Herbivoren zur Wehr setzen. Zum Beispiel produzieren Pflanzen, wenn sie von Herbivoren angefressen werden, oft spezifische Duftstoffe. Diese Duftstoffe werden von Parasitoiden und Prädatoren als Signale bei der Wirtsfindung genutzt. Ein weiteres Beispiel sind extraflorale Nektarien, welche Nützlingen als Nahrung dienen können. Auch diese Nektarproduktion ist induzierbar und erlaubt somit den Pflanzen, gezielt dann Nützlinge zu rekrutieren, wenn sie von Herbivoren angegriffen werden.

Weiter geht es mit einem Beitrag von Professor Dr. Michael Wink, Pharmazeutische Biologie, Universität Heidelberg, über“Physiologische und molekulare Anpassungen bei Schmetterlingen, die Pyrrolizidinalkaloide und Herzglycoside speichern“. Wink wird erläutern, wie herbivore Insekten sich im Verlauf der Evolution an die Wehrchemie ihrer Wirtspflanzen angepaßt haben. In einigen Fällen (insbesondere Schmetterlinge) werden die Sekundärstoffe nicht nur toleriert, sondern aufgenommen, gespeichert und zur eigenen Verteidigung und/oder zur Kommunikation eingesetzt. Am Beispiel der Pyrrolizidinalkaloide und Herzglycoside will er diese Phänomene exemplarisch erläutert.

Den Abschluß bildet der Beitrag von Professor Dr. Wilhelm Boland, Max-Planck Institut für Chemische Ökologie, Jena: „Überleben mit Duft: Pflanzen contra Herbivore“. Nach Fraßschaden durch Herbivore oder Infektion durch Mikroorganismen setzt – so wird der Jenaer Wissenschaftler zeigen – in vielen Pflanzen eine Synthese von nieder- und hochmolekularen Abwehrsubstanzen ein (direkte Abwehr). Häufig werden auch flüchtige Verbindungen ausgeschüttet, die den natürlichen Feinden der Herbivoren zur Orientierung bei ihrer Nahrungssuche dienen können (indirekte Abwehr) oder sogar direkt toxisch auf Mikroorganismen und Biotopkonkurrenten einwirken. Abhängig von Schadorganismus kann die pflanzliche Reaktion unterschiedlich (Duftmuster) ausfallen, was eine ausgewählte Wechselwirkung der Pflanze mit dem jeweiligen Herbivoren voraussetzt.

Maßgeblich für solche Duftmustern sind Komponenten der Salivarsekrete des Herbivoren oder der Mikroorganismen, die als hoch- oder niedermolekulare Elicitoren über nachgeschaltete Signalkaskaden der Pflanzen, z.B. der Octadecanoid-Signalkaskade, die Genexpression steuern. Frühe und späte Intermediate der Kaskade schalten in manchen Pflanzen unterschiedliche Stoffwechselaktivitäten, so dass im Zusammenwirken der verschiedenen Effektoren eine differentielle Duftantwort als Reaktion auf unterschiedliche Herbivoren möglich wird. Bestimmte Komponenten des Duftbouquets beeinflussen sogar die Genexpression in benachbarten Pflanzen und lassen auf eng verflochtene Wechselwirkungen zwischen Pflanzen eines Habitats schließen.