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Umwelt+Natur

Wie Mücken Schweißgeruch erkennen

Aedes aegypti
Ein bestimmter Riechrezeptor in ihren Antennen ermöglicht Mücken, unseren Schweiß wahrzunehmen. (Bild: Alex Wild)

Mücken kommen uns nicht nur über unsere Körperwärme und unsere Atemluft auf die Spur, sondern auch über unseren Schweiß. Der charakteristische Geruch von Milch- und Fettsäuren lockt Insektenweibchen auf Blutsuche nachweislich an. Nun haben Forscher den Riechrezeptor gefunden, über den die Plagegeister diese Duftstoffe wahrnehmen. Seine Funktionsfähigkeit scheint bei der Fahndung nach geeigneten Wirten eine wichtige Rolle zu spielen.

Während wir den Geruch von Schweiß gemeinhin eher unangenehm finden, fliegen Stechmücken im wahrsten Sinne des Wortes darauf. Die in unseren Ausdünstungen enthaltenen Duftstoffe fungieren für die Plagegeister als verführerisches Erkennungsmerkmal, das sie zur nächsten Blutmahlzeit führt. „Der menschliche Körpergeruch ist eine komplexe Mischung flüchtiger Substanzen, die uns von anderen Wirbeltieren unterscheidet“, erklären Wissenschaftler um Joshua Raji von der Florida National University in Miami. Doch wie erkennen Mücken diesen für ihre favorisierten Wirte so charakteristischen Geruch?

Riechrezeptor in den Fühlern

In früheren Studien haben Forscher bereits eine Reihe von Riechrezeptoren identifiziert, die den Mücken bei der Suche nach geeigneten Opfern helfen könnten. Einem davon haben sich Raji und seine Kollegen nun genauer gewidmet: dem Ionenkanalrezeptor Ir8a, der in den Antennen der Insekten sitzt. Um die Rolle dieses Rezeptors zu untersuchen, veränderten die Forscher Gelbfiebermücken (Aedes aegypti) mithilfe der Genschere CRISPR/Cas9 so, dass er bei ihnen nicht mehr funktionierte. Dann testeten sie, wie diese Insekten auf Milchsäure und andere säurehaltige Komponenten von Menschenschweiß reagierten.

Konkret zeichnete das Team die elektrischen Signale im Fühler der Tiere mittels Elektroantennogramm auf und führte zudem Verhaltensexperimente durch. Wie sehr würden die Mücken von anwesenden Menschen angezogen werden? Das Ergebnis: Insekten ohne funktionstüchtigen Ir8a-Rezeptor konnten die typischen Schweiß-Duftstoffe offenbar schlechter wahrnehmen als ihre Artgenossen. Dies zeigte sich auch in ihrem Verhalten. So schienen Menschen auf die genetisch veränderten Tiere weniger attraktiv zu wirken – sie flogen sie seltener an, um sich eine Blutmahlzeit zu genehmigen. „Ohne die Funktion von Ir8a sanken die Wirtsuchaktivitäten um rund 50 Prozent“, berichtet Mitautor Matthew DeGennaro.

Ansatz für neue Abwehrmittel?

Doch der Schweiß ist nicht alles: Neben diesem Duft erkennen Mücken uns auch an unserer Körperwärme sowie an unseren CO2-haltigen Atemgasen. Rezeptoren, die Kohlendioxid erkennen, scheinen dabei auch mit dem Ir8a-Rezeptor zu interagieren, wie die Wissenschaftler herausfanden. Demnach funktionierte die Reaktion auf den Schweiß nur, wenn die Mücken auch einen funktionierenden CO2-Rezeptor besaßen. Mit dem CO2-Rezeptor allein konnten die Insekten den Menschengeruch aber nicht wahrnehmen. „Dies legt nahe, dass Kohlendioxid notwendig ist, um die Ir8a-Reaktion auf die säurehaltigen Bestandteile des menschlichen Dufts zu aktivieren“, konstatiert DeGennaro.

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„Alles in allem deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Dufterkennung via Ir8a ein unverzichtbarer Bestandteil des Wirterkennungssystems von Mücken ist“, resümiert der Forscher. Auf lange Sicht könnte diese Erkenntnis die Entwicklung neuer Abwehrmittel ermöglichen, so die Hoffnung des Teams. Beispielsweise könne man Duftstoffe suchen, die den Ir8a-Signalweg maskieren und so die Wirkung von Mitteln wie DEET oder Picaridin verstärken. Zunächst geht es den Wissenschaftlern aber darum, die Funktionsweise von Ir8a und anderen Riechrezeptoren genauer zu verstehen. „Um neue Lösungen gegen Mückenstiche zu finden, müssen wir uns verstärkt auf die molekularen Grundlagen des Verhaltens der Insekten konzentrieren“, schließen sie.

Quelle: Joshua Raji (Florida National University, Miami) et al., Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2019.02.045

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Wissenschaftslexikon

Schwertwale (Orcinus orca) transient. Unimak Island, Ost-Aleuten, Alaska.

Schwertwale (Orcinus orca) transient. Unimak Island, Ost-Aleuten, Alaska. (Wikipedia: Robert Pittman – NOAA (http://www.afsc.noaa.gov/Quarterly/amj2005/divrptsNMML3.htm])) Dieser Orca ist ein Transient und nicht verwandt mit den im Text genannten Residents!

Orca-Großmütter leisten in der Menopause einen wichtigen Beitrag für das Überleben ihrer Enkel! Diesen neuen Einblick in das komplexe Familienleben der großen schwarz-weißen Zahnwale (Schwertwal, Orcinus orca, „Killerwal“) hat die Auswertung von Daten aus über 36 Jahren Orca-Forschung des Biologen Dan Franks (University York) und seines Teams ergeben.

Die Familien und Individuen dieser zwei nordpazifischen Orca-Bestände sind per Photo-ID erfasst, so können ihre sozialen Beziehungen erforscht werden. Diese Schwertwale gehören zu den küstennah und ortstreu lebenden Residents vor Alaska und British Columbia, die in stabilen Familiengruppen leben und auch zwischenfamiliäre Kontakte pflegen. Bei 378 in dieser Zeit geborenen Walen sind die Großmütter mütterlicherseits bekannt – dieser Nachwuchs hatte wesentlich bessere Überlebenschancen. Mit dem Tod einer Wal-Großmutter werden die Überlebenschancen ihrer Enkel nachweisbar niedriger. Die Resident-Orcas fressen vor allem Lachs; je knapper der Lachsbestand ist, desto wichtiger wird die Anwesenheit der Großmutter für das Überleben der Orca-Enkel in den ersten zwei Lebensjahren.
Die Familiengruppen werden jeweils von einem alten Weibchen geleitet, der Matriarchin. Ihre Töchter und deren Nachwuchs und Söhne bleiben bei ihr – die Gruppen sind also matrilinear organisiert. Die biologischen Väter der Kälber leben in anderen Pods, dafür kümmern sich die verwandten Männchen des eigenen Pods um ihre kleinen Brüder und Neffen.
Die Biologen haben klar nachgewiesen, dass Kälber von Großmüttern in der Menopause eine höhere Überlebensrate in ihren ersten zwei Lebensjahren haben als Kälber ohne Großmütter oder mit Großmüttern, die selbst noch Nachwuchs haben.
Eine Menopause-Matriarchin sorgt also nicht nur durch ihre Erfahrung, sondern auch mit einem höheren Zeitbudget für bessere Überlebenschancen ihrer Enkel.

Weibliche Schwertwale pflanzen sich bis zum 40. Lebensjahr fort, allerdings werden sie bis über 60 Jahre alt. Der Nachwuchs älterer Weibchen soll etwas geringere Überlebenschancen haben als der jüngerer Wale. Außerdem steht eine Großmutter mit eigenem Nachwuchs in Konkurrenz mit ihren Töchtern und deren Nachwuchs um Ressourcen wie Zeit oder Nahrung. Setzen sich die Matriarchin und ihre Tochter gemeinsam für die Versorgung eines Zöglings ein, überleben mehr Orca-Kälber.

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Diese wichtige Aufgabe der Großmütter könnte die Erklärung dafür sein, dass weibliche Angehörige langlebiger Spezies wie Menschen oder Zahnwale nach der reproduktiven Phase noch lange und aktiv leben. Dieser positive Einfluß der Großmütter auf das Leben und Überleben ihrer Enkel war zunächst bei Menschen in dörflichen Communities als Großmutterhypothese beschrieben worden.
Auch Orcas haben sehr komplexe soziale Strukturen und Interaktionen, von einem eigenen Dialekt innerhalb der Sprache ihrer Population bis hin zu spezifischen Jagdstrategien, die der Nachwuchs erst einmal erlernen muss.
Um ein Orca-Kalb aufzuziehen und zu einem vollwertigen Mitglied der Orca-Community zu machen, braucht es offenbar eine ganze Gruppe. Das erinnert an das afrikanische Sprichwort, dass besagt, um ein Kind zu erziehen bräuchte es ein ganzes Dorf.

Die Southern Residents und der Lachs

Die Southern Residents ernähren sich zu 80% von Lachsen. Die pazifischen Lachse sind eine andere Gattung als die atlantischen. Unser atlantischer Lachs ist Salmo salar, im Pazifik hingegen leben Oncorhynchus-Arten, die meisten sehen mit ihren Buckeln und der tomatenroten Färbung schon äußerlich anders aus. Von den sieben pazifischen Arten –  Sockeye, Chinook, Coho, Pink und Chum-Lachs – ist der Chinook oder Königslachs der größte (Oncorhynchus tshawytscha), er wird bis zu 150 Zentimeter lang und 36 Kilogramm schwer.
Lachse ziehen zur Eiablage in saubere Gewässer. Der Schutz der Flüsse und unverbaute Küstenlinien sind also essentiell wichtig für das Überleben der Lachse. Mehr über die Lachs-lastige Nahrung der Orcas steht auf den Seiten des Center for Orca Research.

Die schnellen, aktiven Schwertwale brauchen fettreiche und viele Fische, um ihren hohen Energiebedarf zu decken. Die fetten und großen Lachse sind ideal, darum ist die Lachsjagd ein fester Kulturbestandteil der Southern Residents, wie der Orca-Papst John Ford weiß.
Allerdings verschmähen die Wale auch Heilbutt und Kohlenfisch (ein Barsch-Verwandter). Kohlenfische (Anoplopoma fimbria  (Sablefish, black cod) werden bis zu 1,20 Meter groß, sind Barschverwandte und haben einen besonders hohen Gehalt an langkettigen Omega-3-Fettsäuren.; Heilbutt ist ein extrem fetter Plattfisch, der bis zu 1,50 Meter lang und 45 Kilogramm schwer wird. Aber die sind leider nicht so häufig wie die Lachse. Um ihren Hunger zu stillen pflücken Schwertwale vor Alaska natürlich gern die Langleinen der Fischer ab, wie auch ihre großen Kumpel, die Pottwale.
Da die Lachsbestände vor den Küsten Alaska und British Columbias durch Befischung und Wasserverschmutzung weiter abnehmen, wird die Rolle der „Wal-Omas“ in Zukunft noch wichtiger!
So können die hungrigen Schwertwale die schwindenden Fischbestände am effektivsten nutzen und vielleicht sogar neue Strategien entwickeln, um andere Nahrung zu erschließen: Heilbutt und Kohlenfisch leben in tieferem Wasser und Orcas tauchen nicht gern so tief. Kleinere Lachsarten als Chinook sind agiler und wendiger, was ebenfalls eine andere Jagstrategie der Wale erfordern würde. John Ford ist sich sicher, dass die Orcas bei Bedarf neue Jagdstrategien für andere Beute entwickeln werden.
Der kanadische Biologe John Ford hat mit seiner Forschung unser Bild der Schwertwale vor British Columbia maßgeblich verändert, er hat die matrilineare Familienorganisation und die einzelnen Populationen erstmals beschrieben. Aus dem Killerwal ist damit der sympathische familiäre Wal geworden.

to|po|gra|phisch  〈Adj.〉 = topografisch

Ther|mo|skop  auch:  Ther|mos|kop  〈n. 11〉 ein meist zu Demonstrationszwecken verwendetes Gerät zur Darstellung von Temperaturunterschieden, dient nicht zur quantitativen Messung ... mehr

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