Saugen und stechen

Wie Schmetterlinge zähflüssigen Nektar durch einen so langen und zugleich dünnen Rüssel saugen, war lange ein Rätsel. Wer schon einmal probiert hat, Honig mit einem Strohhalm zu trinken, weiß, wie viel Unterdruck man erzeugen muss, um erfolgreich zu sein. Lange sprachen Forscher bei Schmetterlingen deshalb vom „Paradoxon des Strohhalms“: Physikalisch seien Schmetterlinge nicht in der Lage, den nötigen Sog zu erzeugen. Trotzdem können sie Nektar trinken. Das Paradoxon lösten vor wenigen Jahren Wissenschaftler von der US-amerikanischen Clemson University: Am Monarchfalter konnten sie beobachten, dass Schmetterlinge nicht einfach nur saugen. Vielmehr deformieren sie ihren Rüssel rhythmisch, um den zähen Nektar durch den Rüssel nach oben zu quetschen. Sie können die Öffnung an der Spitze weiten oder die Seitenwand des Rüssels gezielt mit einer blutartigen Flüssigkeit aufpumpen. Durch abwechselndes Pumpen und Entspannen der Seitenwand können sie so den Saft zum Kopf befördern.

Weiterentwicklung von Kauwerkzeugen

Mit saugenden und stechend-saugenden Insekten hat man es in Mitteleuropa in der Regel im Frühjahr und im Sommer zu tun. Dann machen sich Wespen über den Kuchen auf der Kaffeetafel im Garten her. Und die Mücken bringen die Menschen um den Schlaf, wenn sie nachts mit hellem Summen um den Kopf kreisen. Harald Krenn beschäftigt sich rund um das Jahr mit den Mundwerkzeugen von Insekten. Der Zoologe von der Universität Wien hat Dutzende von Saugapparaten mit dem Elektronenmikroskop abgelichtet und deren Strukturen analysiert. „Verblüffend ist, dass verschiedene Gruppen von Insekten im Laufe der Evolution das Saugen unabhängig voneinander erfunden haben“, sagt er. So haben sich die Saugapparate zwar aus denselben ursprünglichen Kauwerkzeugen entwickelt, dann aber – je nach Zweck und Einsatzgebiet – ganz unterschiedliche Gestalt angenommen. Allen Sauginstrumenten ist gemein, dass sie – anders als man vermuten könnte – aus mehreren Teilen bestehen. Es handelt sich also nicht um simple Röhren oder Schläuche. Vielmehr fahren viele Insekten vor dem Trinken wie die Transformers aus der gleichnamigen Filmreihe ihre Mundwerkzeuge aus und legen sie so zum Saugwerkzeug zusammen, dass sich ein Hohlraum bildet.

Besonders interessant und filigran sind die Werkzeuge der Blutsauger. Die Spitze des Stechapparates einer Mücke zum Beispiel besteht aus einem Paar länglicher Klingen, an denen Zähnchen sitzen. Beim Stechen werden sie gegeneinander verschoben und wie eine Stichsäge in die Haut getrieben. Die Spitze umschließt zwei Kanäle, einen, durch den das Blut eingesaugt wird, und einen, durch den Speichel in die Haut gelangt. Dieser enthält Substanzen, die die Einstichstelle betäuben und die Blutgerinnung hemmen. Auch der Floh besitzt eine zweiteilige Spitze. Sie ist an einem Hebel im Kopf des Tieres befestigt, der durch einen Muskel gespannt wird. Löst der Hebel aus, rauscht die Spitze in die Haut des Opfers. So kann der winzige Floh sogar die dicke Haut des Menschen durchdringen. Mehrere Male pro Sekunde schlägt die Spitze – tack-tack-tack – wie ein Presslufthammer in die Wunde.

Das Wissen über die Feinmechanik der Saugapparate ist noch jung. Erst vor rund zehn Jahren haben Forscher aus Südkorea zum Beispiel herausgefunden, wie Stechmücken Blut pumpen. Ausgestattet mit einem Laser zur Beleuchtung, einem Mikroskop und einer Hochgeschwindigkeitskamera schauten sie den Tieren beim Trinken zu. Zwar war schon länger bekannt, dass im Kopf der Mücke Pumporgane sitzen. Wie sie arbeiten, war aber unklar. Im Hochgeschwindigkeitsbild konnten die Koreaner dann erstmals erkennen, dass beide Saugpumpen koordiniert arbeiten, sich nacheinander öffnen und wieder kontrahieren und so das Blut vom Mund in den Darm der Mücke befördern.

Wirft man einen Blick auf die elektronenmikroskopischen Aufnahmen, die Harald Krenn gemacht hat, kann einem angst und bange werden. Manche Mundwerkzeuge gleichen Instrumenten aus dem Folterkeller. Zecken zum Beispiel besitzen zwei grobgezähnte Klingen, mit denen sie ein Loch in die Haut schneiden. Ist es groß genug, schieben sie einen fetten Dorn mit Widerhaken hinterher, der sich fest in der Wunde verankert. Dieses „Hypostom“ besitzt, ähnlich wie bei der Mücke, einen Kanal fürs Blut und einen für den Speichel. Fünf bis sieben Tage harrt die Zecke fest verankert in der Haut aus. In dieser Zeit trinkt sie das 200-Fache ihres Körpergewichtes an Blut. Bremsen oder Stechfliegen wiederum schneiden oder bohren die Haut durch Drehbewegungen ihrer Stechrüssel an. Dadurch entstehen größere Blutungen, über die sich im Sommer schon mancher Spaziergänger oder Radfahrer geärgert hat, weil das Blut nach einem Angriff aus der Wunde herausläuft. Die Fliegen saugen das austretende Blut einfach ab oder laben sich an kleinen Blutungen unter der Haut, weshalb Biologen sie als „pool-feeder“ bezeichnen.

Leckende Bienen

Weniger martialisch geht es bei den Tieren zu, die Pflanzensäfte trinken – bei den Bienen zum Beispiel, den Ikonen unter den Nektarsammlern. Überraschenderweise sind aber ausgerechnet die Bienen gar nicht in der Lage, richtig zu saugen. Vielmehr lecken sie den zähflüssigen Nektar auf. Dazu stülpen sie eine Art Zunge hervor, die einen Pelz aus feinen Härchen trägt. Zwischen diesen Härchen bleibt der Nektar hängen. Zieht die Biene die Zunge wieder ein, wird der Nektar aus dem Pelz gequetscht und in den Schlund gedrückt.

Wespen wiederum knabbern und lecken gern an faulendem Obst und nehmen damit nicht nur Fruchtsaft auf, sondern auch Pflanzenfasern. „Ich habe mich gefragt, warum diese Pflanzenfasern nicht den dünnen Darm verstopfen, der sich durch die schlanke Wespentaille bis in den Hinterleib der Tiere zieht“, sagt Krenn. Das brachte ihn auf die Idee, Wespen beim Fressen zuzuschauen. Dazu fütterte er im Team mit dem Masterstudenten Kenneth Kuba die Tiere mit einer Nektarlösung, der er Glaskügelchen von wenigen Mikrometer Durchmesser beimischte. Der Trick: Die Glaskügelchen hatten die beiden zuvor mit dem Kontrastmittel Bariumsulfat eingefärbt, das für Röntgenaufnahmen verwendet wird. Nachdem die Wespen ihr Mahl beendet hatten, machten Krenn und Kuba mit einem kleinen Röntgenapparat Aufnahmen. Darin war deutlich zu sehen, dass die Wespen die Kügelchen in einer kleinen Tasche im Kopf lagern, um sie später auszuspucken. Sie wiederholten den Versuch und stellten fest, dass Wespen die Kügelchen gezielt nach der Größe filtern: Kügelchen mit einem Durchmesser von mehr als 152 Mikrometern blieben in der Tasche hängen. Die kleineren passierten den Darm ungehindert.

Saugende Schädlinge

Auch Torsten Will schaut Insekten sehr genau beim Fressen zu. Der Biologe vom Julius-Kühn-Institut, dem Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen in Quedlinburg, hat sich auf Blattläuse spezialisiert, die in der Landwirtschaft großen Schaden anrichten können. „Mit der Klimaerwärmung kommen Blattläuse immer besser durch den Winter“, sagt er. Erst wenn die Temperaturen für mehrere Tage deutlich unter null Grad fallen, sterben sie. „Insofern kommt vermutlich in Zukunft noch einiges auf uns zu.“ Torsten Will sucht unter anderem in ursprünglichen Sorten und Wildformen von Kulturpflanzen nach Verteidigungsstrategien gegen Blattläuse, weil manche dieser Pflanzen widerstandsfähiger als Neuzüchtungen sind. Blattläuse vermehren sich ungeheuer schnell. Bereits eine Woche nach der Geburt sind sie geschlechtsreif. Sie produzieren dann 30 bis 40 Nachkommen. Ist die Blattlaus erst einmal da, vermehrt sie sich explosionsartig.

Das tut einer Pflanze nicht gut. Saugen zu viele Tiere an ihr, kann sie viele Nährstoffe und Wasser verlieren und in heißen Sommern in Trockenstress geraten. Die Blätter welken früh, die Blüte fällt aus. Oft bekommen die Pflanzen von dem Angriff gar nichts mit, weil Blattläuse äußerst geschickt vorgehen: Ihr Saugrüssel ist fest genug, um die Außenhaut der Pflanze anzustechen, aber dennoch beweglich. So kann die Blattlaus den Rüssel vorsichtig an den Zellen der Pflanze vorbei und durch die Zwischenräume bis zu den Leitbündeln schieben, in denen das Wasser und die Nährstoffe durch die Pflanze rauschen.

„Sticht die Blattlaus eine Zelle an, kann dies Alarm auslösen“, erklärt Torsten Will. „Pflanzen reagieren dann mit der Produktion von aggressiven Substanzen wie Wasserstoffperoxid, die den Blattläusen den Appetit verderben.“ Doch es gibt auch Pflanzen, die von Natur aus unattraktiv sind, weil sie zum Beispiel Duftstoffe abgeben, die die Blattläuse vergrämen (bild der wissenschaft 10/22, „Grüne Meister der Anpassung“).

Blattläusen beim Fressen zuschauen

In seinem Labor in Quedlinburg hat Torsten Will eine Apparatur aufgebaut, mit der er messen kann, wie gut eine Pflanze den Blattläusen schmeckt. Dazu befestigt er auf dem Rücken der Blattläuse eine winzige Elektrode, die über ein Messgerät mit einer zweiten Elektrode verbunden ist, die im Blumentopf steckt. Sticht die Blattlaus die Pflanze an, schließt sich der Stromkreis. Das System gibt ein Signal: „Blattlaus frisst“. Saugt die Blattlaus längere Zeit und macht sie anschließend längere Verdauungspausen, bedeutet das, dass die Pflanze dem Angriff wenig entgegenzusetzen hat. Stechen die Blattläuse hingegen eine Pflanze häufiger an und probieren sie ihr Glück an verschiedenen Stellen, dann enthält die Pflanze sehr wahrscheinlich Stoffe, die die Tiere abschrecken. „Das sind wichtige Hinweise für Abwehrmechanismen der Pflanzen, die für die Züchtung sehr interessant sein können“, sagt Will.

Schwärmer, Blattläuse, Bremsen oder auch Zecken – die Vielfalt der Sauger ist groß und beschränkt sich nicht nur auf Insekten. Vor Kurzem haben Forscher der Universität Bonn festgestellt, dass auch einige Tausendfüßer-Arten Flüssigkeit einsaugen können, weil sie über eine Saugpumpe verfügen. Das Saugpumpen-Prinzip habe sich im Laufe der Evolution in rund 100 Millionen Jahren also ganz offensichtlich mehrfach unabhängig voneinander entwickelt, sagt der Bonner Zoologe Alexander Blanke.

Wer nun aber geneigt ist, die saugenden und stechend-saugenden Tiere in Gut und Böse, in Blut- und Pflanzenspezialisten zu unterteilen, sollte vorsichtig sein. Denn unter ihnen gibt es manchen Wolf im Schafspelz beziehungsweise Blutsauger unter den Nektartrinkern: So trinken Eulenfalter der Gattung Calyptra, die in Ostasien und in Sibirien vorkommt, gern auch das Blut von Tieren und Menschen. Die Spitze ihrer Rüssel trägt Borsten, ähnlich wie die der fernen Verwandten aus der Gruppe der Stechmücken. Im Reich der saugenden Tiere ist vieles möglich.