Pflanzlicher Hilferuf bei Raupenfraß

Beißen hungrige Raupen in Tabakblätter, lockt ein pflanzlicher Duftstoff heimlich die Feinde des Schädlings an. Pech für die Tabakschwärmerraupen, die den Notruf mit ihrem Speichel selbst auslösen.

Pflanzen können sich auf verschiedene Weise vor gefräßigen Insekten schützen. Einige produzieren Giftstoffe in ihren Blättern, die sie für Schädlinge schwer verdaulich und unappetitlich machen. Andere Pflanzen, wie die Tabakpflanze, haben zudem raffinierte indirekte Abwehrmechanismen entwickelt. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie haben herausgefunden, welche Strategien Tabakpflanzen gegen die hungrigen Raupen des Tabakschwärmers entwickelt haben.

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Intelligente Verteidigung

Wenn eine Tabakschwärmerraupe (Manduca sexta) an einer Tabakpflanze (Nicotiana attenuata) frisst, löst dies einen sofortigen chemischen Hilferuf der Pflanze aus, der Raubwanzen (Geocoris), die Fressfeinde des Schädlings anlockt. Dies geschieht mit Hilfe sogenannter Grüner Blattduftstoffe (green leaf volatiles oder kurz GLVs), die in vielen Pflanzen vorkommen. GLVs entstehen, wenn durch eine Verletzung des Blattes lange Fettsäureketten in der Zellmembran in Kohlenstoffmoleküle aufgespalten werden. Die GLVs sind es auch, die frisch gemähtem Rasen ihren Duft verleihen. 

Bisher dachte man, dass die Pflanze auf alle Verletzungen gleich reagiert, in dem sie willkürlich einen Lockstoff ausstößt, um Insektenfresser zum Schutz vor Schädlingen anzulocken. Die Jenaer Forscher haben nun entdeckt, dass die Pflanzen nicht auf jede Blattverletzung mit einem Notruf reagieren, sondern nur wenn ein Tier bereits an ihnen frisst. Erst die Kombination mit der Raupenspucke setzt den Lockstoff.

Ein Enzym als Verräter

Die Wissenschaftler vermuten, dass ein verdauungsförderndes Enzym im Raupenspeichel die Bildung der Duftstoffe anregt. In der Tabakpflanze kommen natürlicherweise zwei Varianten des Blattduftstoffes Hexenal vor: eine Z-Form und eine E-Form. Während das Pflanzenblatt natürlicherweise mehr (Z)-3-Hexenal enthält und weniger (E)-2-Hexanal, scheint der Raupenspeichel eine erhöhte Konzentration der E-Form zur Folge zu haben. Nachdem die Forscher ein Verdauungssekret der Raupen auf verwundete Blätter aufgetragen hatten, beobachteten sie eine schnelle Zunahme der (E)-2-Hexanal-Konzentration im Tabakblatt. 

In Vergleichsexperimenten untersuchten die Wissenschaftler dann die Reaktion der Raubwanzen auf den duftenden Tabak. Dazu ’parfümierten’ sie Tabakblätter mit jeweils einer der beiden Varianten des grünen Duftstoffs und befestigten Raupeneier auf den Blattoberflächen. Während die Insektenfresser sich von den Z-Ködern relativ unbeeindruckt zeigten (dort lediglich 3% der ausgelegten Köder gefressen hatten), waren im selben Zeitraum 24% der E-Köder vertilgt. Der Tabak schien für die Raubwanzen somit um so verlockender zu riechen, je höher der (E)-2-Hexanal-Anteil war. 

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Was die Wissenschaftler überraschte: Die Duftstoffproduktion des Tabaks verlief ungewöhnlich schnell für einen indirekten Abwehrmechanismus: Bereits nach einer Stunde war die Umwandlung der Duftstoffe von Z nach E vollzogen und in weniger als 24 Stunden hatten die angelockten Raubwanzen sowohl die Raupenbabys als auch die Eier des Muttertieres vertilgt. In dieser kurzen Zeit schienen die Versuchspflanzen ausreichend Lockstoff produziert zu haben, um umherfliegende Wanzen genügend „chemische“ Information über den genauen Aufenthaltsort ihrer Beute zu vermitteln. 

Am Ende siegen die Wanzen

Bisher sieht es so aus, als hätte allein der Speichel des Tabakschwärmers diese unerwartete Eigenschaft. Experimente mit zwei anderen Raupenarten zeigten nicht diese Wirkung auf den Duft des Tabaks. Doch warum enthält der Speichel der Tabakschwärmerraupen eine Substanz, die ihnen letztlich zum Verhängnis wird? Die Wissenschaftler vermuten, dass die Bildung von (E)-2-Hexenal die Raupen selbst vor anderen Angreifern schützen kann, beispielsweise vor schädlichen Mikroorganismen, die sie täglich mit der Blattnahrung aufnehmen. (E)-2-Hexenal ist nämlich auch als ein stark antibiotisches Mittel bekannt. 

Die Raupen befinden sich somit in einer existenziellen Zwickmühle: Einerseits locken sie durch die Abgabe von (E)-2-Hexenal ihre Feinde, die Wanzen, an. Andererseits garantiert ihnen das (E)-2-Hexenal eine gesunde, nicht durch Bakterien kontaminierte Nahrung. 

Am Ende siegen die Wanzen. Sie gehen als einzige unbeschadet und satt aus dem Rennen. Und für die Tabakpflanzen lässt sich festhalten: die Feinde ihrer Feinde sind ihre Freunde.