Die Wehrhaftigkeit von Meerretticherdflöhen hängt von ihrer Futterpflanze und ihrem Entwicklungsstadium ab

2. März 2020      Nr. 2/2020 (210)

Die Larven dieser Blattkäfer können sich mithilfe von Pflanzenabwehrstoffen gut gegen ihre Feinde verteidigen, nicht aber ihre Puppen

Meerretticherdflöhe nutzen Pflanzenabwehrstoffe, sogenannte Senfölglykoside, aus ihrer pflanzlichen Nahrung zur Verteidigung gegen Räuber. Dazu speichern sie enorme Mengen dieser ungiftigen Substanzen im Körper und besitzen, wie auch ihre Futterpflanze selbst, ein Enzym, das Senfölglykoside in giftige Senföle umwandelt. Ein Forschungsteam am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena hat nun herausgefunden, dass die Pflanzenabwehrstoffe zwar in allen Lebensstadien des Meerretticherdflohs nachweisbar sind, aber das Enzym, das für die Umwandlung in giftige Substanzen benötigt wird, nicht immer aktiv ist. Während Larven den Angriff durch einen Räuber, wie der asiatischen Marienkäferlarve, erfolgreich abwehren können, werden Puppen gefressen, da sie keine nennenswerte Enzymaktivität aufweisen (Functional Ecology, February 2020,  doi: 10.1111/1365-2435.13548).

Die Larve des Meerretticherdflohs (Phyllotreta armoraciae, links) ist bestens gegen Räuber, wie die asiatische Marienkäferlarve (Harmonia axyridis, rechts), geschützt. Sie nutzt für ihre chemische Verteidigung Senfölglycoside aus ihrer Wirtspflanze, die sie mit Hilfe eines eigenen Enzyms in giftige Substanzen umwandeln kann, die den Räuber wirksam abschrecken. Verpuppt sich die Larve, sind zwar immer noch die Senfölglycoside vorhanden, es fehlt aber das Enzym, um den Abwehrmechanismus erfolgreich zu aktivieren. Puppen des Meerretticherdflohs fallen daher im Experiment der Marienkäferlarve zum Opfer. Foto: Benjamin Fabian, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Meerretticherdflöhe, die trotz ihres irreführenden Namens taxonomisch zu den Blattkäfern und nicht zu den Flöhen gehören, fressen an Pflanzen, die wie der Meerrettich - aber auch Raps, Senf und andere Kreuzblütler - mit einer „Senfölbombe“ ausgestattet sind. Dieses Verteidigungssystem beruht auf zwei Komponenten: den Senfölglykosiden - pflanzlichen Abwehrstoffen - und dem Enzym Myrosinase. Bei Verletzung des pflanzlichen Gewebes kommen die ungiftigen Senfölglykoside in Kontakt mit der Myrosinase. Dies hat zur Folge, dass die Senfölglykoside zu giftigen Senfölen umwandelt werden, die „Bombe“ wird also „scharf“. Der Meerretticherdfloh ist in der Lage, das pflanzliche Abwehrsystem nachzuahmen, indem er die ungiftigen Senfölglykoside seiner Futterpflanze aufnimmt, im Körper speichert und eine eigene Käfer-Myrosinase produziert (siehe Pressemitteilung über die nahe verwandten Kohlerdflöhe „Käfer, die nach Senf schmecken” vom 8. Mai 2014). Ein Team von Wissenschaftlern um Franziska Beran, Leiterin der Forschungsgruppe „Sequestrierung und Entgiftung bei Insekten“ am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, wollte nun herausfinden, ob alle Lebensstadien, vom Ei bis zum Käfer, mit dieser Senfölbombe ausgestattet sind, und ob sie einen wirksamen Schutz vor Fressfeinden darstellt.

Ihre Experimente ergaben, dass Senfölglykoside in allen Lebensstadien des Meerretticherdflohs zu finden sind. Allerdings war die Käfer-Myrosinase nicht in allen Lebensstadien aktiv. Ob ein Lebensstadium über ein aktives Enzym verfügt oder nicht, konnten die Forscher anhand des Zuckers bestimmen, welches die Myrosinase von den Senfölglykosiden abspaltet. Dieser Zucker reichert sich über die Zeit an. „Larven wiesen eine hohe Enzymaktivität auf, während im Puppenstadium kaum Aktivität vorhanden war. Die Fähigkeit, sich mithilfe von Pflanzenabwehrstoffen gegen Feinde zu verteidigen, unterscheidet sich damit sehr stark zwischen den unterschiedlichen Lebensstadien“, beschreibt Theresa Sporer, die Erstautorin der Studie, die Ergebnisse. Um herauszufinden, ob die Unterschiede in der Enzymaktivität für die Verteidigung wirklich wichtig sind, haben die Wissenschaftler Larven und Puppen der Meerretticherdflöhe einem gefräßigen Räuber, den Larven des asiatischen Marienkäfers, angeboten. „Die Beobachtungen bei diesem Experiment waren beeindruckend“, berichtet Johannes Körnig, ein weiterer Autor der Studie. „Wenn die Marienkäferlarve an einer Erdflohlarve nur kurz frisst, kommt es zu einer sehr starken Reaktion. Die Marienkäferlarve hört sehr schnell auf zu fressen, entfernt sich von der Beute und übergibt sich häufig. Die Räuber hungern sich lieber zu Tode, als die Larven zu fressen, die über eine funktionierende Senfölbombe verfügen.“ Im Gegensatz dazu hatten Puppen keinen chemischen Schutz und wurden von den Marienkäferlarven gefressen. Gleichfalls zeigte der Vergleich von Larven, die je nach Futterpflanze Senfölglykoside gespeichert hatten oder nicht, dass diese Stoffe tatsächlich für eine erfolgreiche chemische Abwehr notwendig sind: Larven mit Senfölglykosiden können den Feind abwehren, aber Larven ohne Senfölglykoside wurden gefressen.

Für die Forscher war es dabei überraschend, dass sich Puppen chemisch kaum verteidigen können, weil die Insekten gerade in diesem Lebensstadium nicht mobil sind und nicht flüchten können. Daher wäre eigentlich gerade in diesem Stadium eine besonders gute Verteidigung zu erwarten. Allerdings ist noch unklar, welche Räuber es besonders auf die Puppen abgesehen haben. Die Forscher vermuten, dass Fadenwürmer und Mikroben wichtige natürliche Feinde darstellen.

In weiteren Studien möchten die Wissenschaftler nun herausfinden, ob die käfereigene Senfölbombe ebenfalls erfolgreich gegen Feinde aus dem natürlichen Umfeld des Meerretticherdflohs eingesetzt werden kann. Außerdem wollen sie untersuchen, welche Substanzen bei der Verteidigung der Puppen gegen ihre natürlichen Feinde eine Rolle spielen und ob diese weiteren Mechanismen gegen ihre Feinde anwenden. Die Ergebnisse werden dabei auch für den Gartenanbau von Interesse sein, denn Meerretticherdflöhe stehen im Verdacht, für den Ertragsrückgang im Meerrettichanbau mit verantwortlich zu sein.


Originalveröffentlichung:
Sporer, T., Körnig, J., Beran, F. (2020). Ontogenetic differences in the chemical defence of flea beetles influence their predation risk. Functional Ecology, doi: 10.1111/1365-2435.13548 (accepted article)
https://doi.org/10.1111/1365-2435.13548


Weitere Informationen:
Dr. Franziska Beran, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie,  Hans-Knöll-Straße 8, 07745 Jena. Tel. +49 3641 57-1553, E-Mail fberan [at] ice.mpg.de   


Download von Videos und hochaufgelösten Fotos über http://www.ice.mpg.de/ext/downloads2020.html

Film 1 zeigt die Larve eines Asiatischen Marienkäfers, die eine Meerretticherdflohlarve angreift. Der Räuber wird abgeschreckt, entfernt sich schnell von seiner Beute und übergibt sich danach mehrfach. Aufnahme: Theresa Sporer, MPI chem. Ökol.

Film 2 zeigt die Larve eines Asiatischen Marienkäfers beim Fressen einer Meerretticherflohpuppe. Der Räuber wird nicht abgeschreckt, was bedeutet, dass seine Beute nicht chemisch verteidigt zu sein scheint. Aufnahme: Theresa Sporer, MPI chem. Ökol.