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Bienenwolf nutzt Giftgas gegen Schimmel

Bienenwolf mit Honigbiene
Ein Bienenwolfweibchen trägt eine gelähmte Honigbiene im Flug zu ihrem Nest. (Bild: Gudrun Herzner)

Eine bei uns heimische Grabwespe nutzt eine verblüffende Strategie, um ihre Eier gegen Schimmelbefall zu schützen: Die Eier des Bienenwolfs (Philanthus triangulum) sondern hochkonzentriertes Stickstoffmonoxid ab, das für die Pilze giftig ist, wie Forscher herausgefunden haben. Warum das giftige Gas nicht auch die Bienenwolf-Eier schädigt, ist bisher allerdings noch rätselhaft. Ebenso ungeklärt ist, wie genau die Eier diese enormen Mengen an Stickstoffmonoxid erzeugen.

Im Frühsommer kann man die gelbschwarzen Bienenwolf-Weibchen dabei beobachten, wie sie Honigbienen jagen und dann ihre betäubten Opfer in ihre unterirdischen Nester transportieren. Diese Gänge mit mehreren Eikammern liegen bevorzugt an sonnenbeschienenen, sandigen Stellen und können bis zu einem Meter lang werden. In jede Kammer platziert das Bienenwolf-Weibchen mehrere Bienen sowie ein Ei. Aus diesem schlüpfen dann die Larven, die sich bis zu ihrer Verpuppung acht bis zehn Tage später von der Biene ernähren.

Rätsel um nicht verschimmelndes Larvenfutter

Das Merkwürdige jedoch: In den Brutkammern ist es warm und feucht und damit herrschen dort perfekte Bedingungen für einen Schimmelpilzbefall. „Ohne Gegenmaßnahmen wären die als Nahrung dienenden Bienen innerhalb von drei Tagen völlig von Schimmel überwuchert“, erklären Erhard Strohm von der Universität Mainz und seine Kollegen. „Die Bienenwolflarve würde dann selbst von Pilzen befallen oder müsste verhungern.“ Doch das geschieht nicht oder zumindest nur sehr selten. Ein Grund dafür hatten Biologen schon früher aufgedeckt: Das Bienenwolf-Weibchen benetzt die gelähmten Bienen mit einem Sekret, das hemmend auf das Pilzwachstum wirkt.

Doch es gibt noch einen zweiten Schutzmechanismus, wie nun Strohm und sein Team bei Experimenten herausgefunden haben: „Die Brutzellen von Bienenwölfen riechen kurz nach der Eiablage auffallend nach ‚Schwimmbad‘. Dieser Geruch geht vom Ei selbst aus“, berichtet Strohm. Der Verdacht lag daher nahe, dass die Eier ein Gas freisetzen, das offenbar das Pilzwachstum hemmt. Als die Forscher dieses Gas über eine Kultur des Schimmelpilzes Aspergillus flavus leiteten, wuchs dieser tatsächlich deutlich schlechter, wie sie feststellten.

Stickstoffmonoxid als Pilzgift

Aber worum handelte es sich bei diesem Gas? Um das herauszufinden, legten die Forscher zunächst ein Bienenwolf-Ei in eine Iod/Stärke-Lösung. „Die Bildung einer stark blauen Farbe enthüllte die Existenz eines Oxidationsmittels im Bereich um die Eier“, berichten sie. Chemische Analysen enthüllten, dass es sich dabei um Stickstoffmonoxid handelt (NO). „Wenn dieses geruchlose Gas vom Ei abgegeben wird, reagiert es spontan mit Sauerstoff und erzeugt das starkriechende Stickstoffdioxid (NO2)“, so Strohm und sein Team.

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Die Bienenwolf-Eier produzieren dabei so viel Stickstoffmonoxid, dass dessen Konzentration in der Brutkammer im Schnitt 1690 parts per million (ppm) erreicht, wie Messungen ergaben. „Das ist weit jenseits der erlaubten Grenzen für Menschen und könnte sogar höher liegen als die Konzentrationen, die für die medizinische Behandlung von multiresistenten Bakterien eingesetzt werden“, sagen Strom und seine Kollegen. Erstaunlicherweise scheinen diese hohen Werte den Bienenwolf-Eiern selbst nicht zu schaden – wie und warum, ist bisher noch ungeklärt.

Produktionsweg mit kleinen Besonderheiten

Interessant auch: Obwohl die Bienenwolf-Eiern solche enormen Mengen an Stickstoffmonoxid produzieren, scheinen sie dafür keine speziellen Zellmaschinerie zu besitzen. Stattdessen erzeugen sie das Gas mithilfe der gleichen Enzyme, der sogenannten NO-Synthasen, die auch andere Organismen nutzen, um dieses Gas in weit geringeren Mengen als Stoffwechselregulator zu produzieren. Strohm und sein Team entdeckten jedoch, dass es bei der Produktion des Enzyms aus dem dazu gehörenden Gen eine Besonderheit gibt: „Durch sogenanntes alternatives Splicing fehlt dem Enzym in den Bienenwolfeiern ein Abschnitt, der möglicherweise zur Regulation dient“, sagt Strohms Kollege Tobias Engl. „Dadurch könnte die Aktivität des Enzyms erheblich gesteigert werden.“

Nach Ansicht der Forscher ist dieser neuartige Abwehrmechanismus gegen Mikroorganismen damit ein erstaunliches Beispiel dafür, wie im Laufe der Evolution bereits vorhandene Prozesse so abgeändert werden, dass vollkommen neuartige Funktionen entstehen. Die Entdeckung, dass NO als zentrale Komponente der Verteidigung gegen Schimmelpilze wirkt, vervollständigt zudem das Spektrum natürlicher antimikrobieller Verteidigungsstrategien und erweitert unser Wissen über dieses biologisch so wichtige Molekül um eine überraschende und faszinierende Facette.

Quelle: Universität Regensburg; Fachartikel: eLife, doi: 10.7554/eLife.43718

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