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Umwelt+Natur

Duft des Schwärmens entdeckt

Schwärme von Wanderheuschrecken können ganze Landstriche kahlfressen. (Bild: ruvanboshoff/iStock)

Bei diesem Geruchsstoff geraten Wanderheuschrecken buchstäblich ins Schwärmen: Forscher haben ein Pheromon entdeckt, das Wanderheuschrecken abgegeben, um sich zu den Armeen zusammenzurotten, die ganze Landstriche kahlfressen. Die Entdeckung könnte zur Entwicklung von Strategien im Kampf gegen die Plagen beitragen, sagen die Wissenschaftler.

Sie verursachen jedes Jahr Verwüstungen biblischen Aufmaßes: Gewaltige Schwärme von Wanderheuschrecken suchen vor allem Teile Afrikas und des Nahen Ostens heim und fressen auf den Feldern alles kurz und klein. Die wabernden Formationen können riesige Gebiete bedecken und viele Millionen von Insekten umfassen. Die einzige wirksame Waffe gegen diese Bedrohung der Landwirtschaft ist bisher das Versprühen von Pestiziden aus der Luft. Aber diese Maßnahmen sind oft nicht ausreichend und haben schädliche Nebenwirkungen. Bessere und gleichzeitig schonendere Bekämpfungsstrategien sind deshalb gefragt.

Was führt zur Schwarmbildung?

Ideal wären dabei Möglichkeiten zur Unterdrückung der Schwarmbildung, denn sie repräsentiert die Grundlage des katastrophalen Potenzials der Insekten. Wanderheuschrecken beginnen ihr Leben als unproblematische Einzelgänger. Doch dann können die Tiere unter bestimmten Umständen plötzlich mutieren: Sie beginnen sich zusammenzuschließen und immer größere Gruppen zu bilden. Dabei wechseln sie auch ihre Farbe von grün zu schwarz. Die wachsenden Einheiten zeigen dann ein synchronisiertes Verhalten und bilden schließlich die gewaltigen Armeen, die sich schwirrend und mampfend durch die Landschaft bewegen.

Doch was löst diese Verwandlung vom Einzelgänger zum Schwarmtier aus? Forscher gehen seit langem davon aus, dass ein Geruchsstoff – ein sogenanntes Pheromon – dabei eine wichtige Rolle spielt. Doch bisher konnte kein Molekül identifiziert werden, das die Kriterien eines solchen Aggregations-Pheromons erfüllt. Im Rahmen ihrer Studie haben die Forscher um Xiaojiao Guo von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking nun 35 Verbindungen untersucht, die von der Wanderheuschreckenart Locusta migratoria abgegeben werden. Sie führten dazu zunächst Versuche durch, um zu überprüfen, ob eine dieser Substanzen das Verhalten der Tiere beeinflusst.

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Es zeigte sich: Eine flüchtige Substanz mit der Bezeichnung 4-Vinylanisol zog männliche und weibliche Heuschrecken sowohl im juvenilen als auch im adulten Entwicklungsstadium gleichsam magisch an. Zudem wurde deutlich, dass die Konzentration der Substanz in der Luft zunahm, wenn die Dichte der Heuschreckengruppen anstieg. Somit lag nahe, dass 4-Vinylanisol eine Rolle bei der Auslösung der positiven Feedback-Schleife spielt, die zur Ansammlung der Heuschrecken führt. In einem weiteren Experiment konnten die Wissenschaftler dann auch zeigen, was am Anfang des Prozesses steht: Wenn vier bis fünf Heuschrecken in engen Kontakt zueinander kommen, wird die Produktion des Pheromons ausgelöst.

Ein Aggregations-Pheromon mit Potenzial

Als Nächstes gingen die Wissenschaftler der Frage nach, wie die Heuschrecken das 4-Vinylanisol wahrnehmen. Durch Untersuchungen der Reaktionen der Antennen der Tiere konnten sie zeigen, dass bestimmte Sinneshärchen auf den Geruchsstoff reagieren. Danach machten sie sich auf die Suche nach dem spezifischen Geruchsrezeptor-Protein, das für diese Reaktion verantwortlich ist. So fanden sie Hinweise darauf, dass der Rezeptor mit der Bezeichnung OR35 durch 4-Vinylanisol stark und selektiv aktiviert wird. Um dies zu untermauern, erzeugten die Wissenschaftler anschließend mittels der Crispr/Cas9-Technologie eine Heuschreckenlinie, der das Gen für die Bildung des OR35-Geruchsrezeptors fehlt. Untersuchungen dieser Tiere zeigten dann: Ihre Antennen reagierten nicht mehr auf das 4-Vinylanisol und damit blieben auch die Effekte auf das Verhalten der Heuschrecken aus.

Insgesamt geht aus den Ergebnissen somit hervor: Bei der Substanz handelt es sich tatsächlich um ein Aggregations-Pheromon. Es bleiben allerdings noch einige Fragen offen, die es nun zu klären gilt. Etwa wie das 4-Vinylanisol genau wirkt und ob noch Kofaktoren bei der Schwarmbildung eine Rolle spielen. Zudem müssen weitere Untersuchungen zeigen, wie weit diese Substanz als Pheromon unter den verschiedenen Arten der Wanderheuschrecken verbreitet ist.

Doch wie die Autoren hervorheben, steckt in der Entdeckung erhebliches Potenzial für die Entwicklung von Strategien im Kampf gegen die Insektenplagen. Synthetisch hergestelltes 4-Vinylanisol könnte etwa eingesetzt werden, um Heuschrecken in Fallen zu locken, um ihren Bestand zu dezimieren. Darüber hinaus erscheinen Wirkstoffe vielversprechend, die den Rezeptor des Geruchsstoffs oder seine Aktivität blockieren. So könnte man die Heuschrecken möglicherweise davon abhalten, sich zu den verheerenden Schwärmen zusammenzuschließen, schreiben die Wissenschaftler. Man kann also gespannt sein, ob dieser Ansatz eines Tages diese uralte Plage der Menschheit in die Schranken weisen kann.

Quelle: Nature, doi: 10.1038/s41586-020-2610-4

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