Bei Eiablage bereit zur Abwehr

Tabakpflanzen verschaffen sich lebenswichtigen Zeitvorsprung

07.07.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Tabak: Nicotiana attenuata ist ein Meister im Energiesparen. Die Eiablage von Fressfeinden hält ihr Immunsystem lediglich in Alarmbereitschaft. (Bildquelle: © Stan Shebs/wikimedia.org;CC BY-SA 3.0)
Tabak: Nicotiana attenuata ist ein Meister im Energiesparen. Die Eiablage von Fressfeinden hält ihr Immunsystem lediglich in Alarmbereitschaft. (Bildquelle: © Stan Shebs/wikimedia.org;CC BY-SA 3.0)

Energiesparen ist auch für Pflanzen ein wichtiges Thema. Denn nur wer gut mit seiner Energie haushaltet, verschafft sich einen Überlebensvorteil gegenüber Anderen – das gilt auch für die pflanzliche Abwehr von Fressfeinden. Wissenschaftler fanden heraus, wie die lebenswichtige Abwehr mit minimalem Energieaufwand gelingt.  

Werden Pflanzen von Insekten angegriffen, müssen sie sich wehren, um nicht gefressen zu werden. Doch alle Geschütze immer abwehrbereit zu halten, würde eine Pflanze zu viel Energie kosten, die sie nicht mehr in Wachstum und Vermehrung investieren könnte. Außerdem ist eine dauerhaft aktive Abwehr nicht ausreichend auf verschiedene Angreifer spezialisiert. Daher wehren sich Pflanzen oft erst dann, wenn es wirklich nötig ist. Einen großen Nachteil hat die Energiesparmaßnahme allerdings: Bei einem Angriff kann die Pflanze nicht sofort reagieren, denn sie muss ihre Abwehrmaschinerie erst in Gang setzen. Um diesen lebensbedrohlichen Zeitverlust zu vermeiden, reagieren manche Pflanzen bereits auf Vorboten eines Befalls.

Eiablage erhöht Alarmbereitschaft

Wissenschaftler der Freien Universität Berlin konnten nachweisen, dass bereits die Eiablage von pflanzenfressenden Insekten die Pflanze in Alarmbereitschaft versetzt - ihre Abwehrmechanismen werden hochgefahren. Bereits auf die abgelegten Eier zu reagieren, verschafft der Pflanze einen Zeitvorsprung, denn gerade die frisch geschlüpften Larven sind gefräßig und können an Blättern und anderen Pflanzenteilen große Schäden anrichten. Allerdings könnten die Eier auch noch von anderen Tieren gefressen werden. Die Pflanze, die allein auf die Eiablage reagiert, hätte mit ihrer Abwehrreaktion wertvolle Energie verschwendet.

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Die Raupen der Knöterich-Seidenglanzeule (Spodoptera exigua) gehören zu den natürlichen Fressfeinden des Tabaks. Aus ihnen entwickelt sich ein Schmetterling. Er kommt als Wanderfalter auch nach Deutschland, obwohl er sich eher in wärmeren Gefilden heimisch fühlt. Es ist ein Schädling, der es nicht nur auf den Tabak abgesehen hat. Auf seiner Speiseliste stehen auch Kulturpflanzen wie Zuckerrüben, Mais, Tomaten oder Kartoffeln.

Die Raupen der Knöterich-Seidenglanzeule (Spodoptera exigua) gehören zu den natürlichen Fressfeinden des Tabaks. Aus ihnen entwickelt sich ein Schmetterling. Er kommt als Wanderfalter auch nach Deutschland, obwohl er sich eher in wärmeren Gefilden heimisch fühlt. Es ist ein Schädling, der es nicht nur auf den Tabak abgesehen hat. Auf seiner Speiseliste stehen auch Kulturpflanzen wie Zuckerrüben, Mais, Tomaten oder Kartoffeln.

Bildquelle: © Dumi / wikimedia.org; CC BY-SA 3.0

Wie Pflanzen abwägen, ob eine Reaktion erfolgt oder nicht, war bisher nicht bekannt. In ihrer Studie mit dem Nachtfalter Knöterich-Seidenglanzeule (Spodoptera exigua) und der wilden Tabakpflanzenart Nicotiana attenuata untersuchten die Berliner Wissenschaftler, wie der Pflanze ein Zeitvorsprung in der Abwehr mit minimalem Energieaufwand gelingt.

Verschiedene Metaboliten steuern pflanzliche Abwehr

In der freien Natur legt der Nachtfalter seine Eier gerne auf der wilden Tabakpflanze ab. Die Larven ernähren sich bevorzugt von deren Blättern. Doch fährt die Tabakpflanze ihre Abwehrgeschütze auf, setzt das den Raupen des Nachtfalters schwer zu. Schließlich ist die Pflanze in der Lage, das Nervengift Nikotin zu produzieren.  

Tabakpflanzen erinnern sich an Eier

Die Versuche der Forscher zeigten: Auf Tabakpflanzen, die bereits mit Nachtfaltereiern Kontakt hatten, haben die Larven schlechtere Karten als auf unberührten Pflanzen. Auf den erfahrenen Tabakpflanzen starben signifikant mehr der Nachtfalterlarven. Die Überlebenden entwickelten sich zudem deutlich langsamer als auf Tabakpflanzen, die noch nie zuvor in Kontakt mit Nachtfaltereiern gekommen waren. Dementsprechend trugen die erfahrenen Pflanzen weniger Fressschäden davon als die unerfahrenen. Daran beteiligt war nicht die komplette Abwehrmaschinerie der Tabakpflanzen, sondern nur eine Auswahl an Metaboliten (Kaffeoylputrescin und Trypsin Protease Inhibitoren), wie die Forscher herausfanden. Diese Metaboliten starten zwar noch nicht die Abwehrreaktion, halten die Pflanze aber in Alarmbereitschaft, sodass sie bei einem Fressangriff schneller reagieren kann. Wie die Untersuchungen der Forscher zeigten, sind an diesem Prozess noch keine Pflanzenhormone, wie sonst bei Abwehrreaktionen üblich, beteiligt.

NaMyb8 reguliert Alarmbereitschaft

All diese Reaktionen, die die Pflanze in Alarmbereitschaft versetzen, hängen offenbar von einem Transkriptionsfaktor mit dem kryptischen Namen NaMyb8 ab. Als die Wissenschaftler dieses Protein zur Genregulation in den Tabakpflanzen stilllegten, nahmen die Pflanzen die Eiablage nicht mehr als Warnzeichen für einen drohenden Larvenbefall wahr.

Die Erkenntnisse der Forscher dienen in erster Linie dem besseren Verständnis, wie die pflanzliche Abwehr funktioniert. Den nur wenn bekannt ist, wie sich vor allem unsere Nutzpflanzen gegen Fressfeinde wehren, lassen sich ihre Widerstandfähigkeit gezielt verbessern und der Herbizidverbrauch reduzieren.

Neben diesem chemischen Schutz vor dem Gefressen werden, besitzen Pflanzen eine Vielzahl anderer Überlebensstrategien. Eine weitere Taktik ist es, mit Hilfe von Duftstoffen die Feinde des Feindes anzulocken. Sie wurde ebenfalls an Tabakpflanzen untersucht. Über einige ausgewählte Verteidigungsstrategien informieren wir im Plantainment „Waffen der Pflanzen“.

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