Posted in: Biologie 6. Dezember 2013 12:30 Weiter lesen →

Warum Fruchtfliegen Orangen lieben

Die Fruchtfliege ist bei der Suche nach einem geeigneten Eiablageplatz wählerischer als gedacht. Sie bevorzugt Zitrusfrüchte und wird dabei von einem einzigen Duftrezeptor im Gehirn gesteuert. Dem Nachwuchs kommt die Vorliebe zugute, weil der Zitrusduft räuberische Wespen von den Fliegeneiern fernhält.

Dem Duftrezeptor im Fliegenhirn kamen Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena zusammen mit Kollegen aus Nigeria auf die Spur. Sie konnten mit Hilfe bildgebender Verfahren, die die Aktivität einzelner Bereiche im Fliegenhirn bei Stimulierung mit verschiedenen Düften sichtbar machen, den Rezeptor identifizieren. Fliegen, in denen dieser Rezeptor ausgeschaltet worden war, konnten ihre Lieblingsfrüchte nicht mehr von anderen unterscheiden.

Die Forscher um Marcus Stensmyr und Bill Hansson aus der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie testeten zunächst die bevorzugten Eiablagesubstrate von Fruchtfliegen. Dazu boten sie den Fliegen verschiedene reife Obstsorten zur Auswahl an. Überreife Früchte wurden weggelassen, um auszuschließen, dass der Hefegeruch die Wahl der Fliegen beeinflusst, denn Hefepilze gelten als Hauptnahrungsquelle von Drosophila. Die Auswertung ergab, dass Fruchtfliegenweibchen ihre Eier bevorzugt auf Orangen ablegen.

Eine Fruchtfliege sitzt auf einer Orangenschale. Foto: Stensmyr / Universität Lund 400 Foto: M. C. Stensmyr / Universität Lund / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Weitere Auswahlexperimente führten schließlich zur Identifizierung eines Duftstoffs, der für das Verhalten der Fliegen ausschlaggebend ist: das Terpen Limonen. Die Fruchtfliegen verschmähen Limonen-arme Orangen, andere Früchte, die mit synthetischem Limonen versetzt wurden, benutzen sie dagegen gerne als Eiablagesubstrat. Obwohl Zitrusduft für die Fliegen kein Lockmittel darstellt, ist er entscheidend dafür, dass Eier auf das Substrat abgelegt werden. Offensichtlich wurde im Laufe der Evolution die Wahrnehmung von Gerüchen, die zur Nahrungsquelle locken und die Eiablage auslösen, in zwei verschiedene Kanäle aufgespalten.

Durch den Einsatz von elektrophysiologischen Messmethoden konnten die Wissenschaftler die Reaktion der Fliegen auf Limonen quantitativ erfassen sowie die Nervenzellen lokalisieren und identifizieren, mit denen Fruchtfliegen Orangenduft wahrnehmen. Anschließend wurde die Reaktion dieser Nervenzellen auf insgesamt 450 verschiedene Düfte untersucht. Neben Limonen konnte vor allem Valencen, das ebenfalls zu den Bestandteilen von Orangenöl zählt, eine starke Reaktion auslösen.

Der Gehalt von Valencen unterscheidet den Orangenduft von dem der Zitrone, die bei den Fruchtfliegen wegen ihres Säuregehalts weniger beliebt ist. Substanzen, die diese speziellen Nervenzellen aktivierten, lösten in Verhaltensexperimenten mit Fliegenweibchen auch deren Eiablage aus. Mithilfe bildgebender Verfahren an Gehirnen lebender Fliegen wie dem sogenannten „Calcium Imaging“ konnten die Forscher die durch Zitrusdüfte aktivierten Bereiche einem einzigen Geruchsrezeptor zuzuordnen.

„Es ist faszinierend, wie so komplexe Verhaltensabläufe, wie z.B. die Wahl eines Eiablageplatzes, auf Einzelreaktionen heruntergebrochen werden können, deren genetische Basis so einfach ist,“ sagt Marcus Stensmyr. „Wir waren ziemlich überrascht, dass Fliegen, in denen nur dieser eine Geruchsrezeptor ausgeschaltet war, Zitrusfrüchte nicht mehr für die Eiablage bevorzugten.“

Für Eier legende Insekten ist die Wahl eines geeigneten Platzes äußerst wichtig, denn mit der Eiablage endet die mütterliche Fürsorge: Eier und Larven sind fortan auf Gedeih und Verderben ihrer Umgebung ausgeliefert. Geeignete und ausreichende Futterquellen für die hungrigen Larven sowie der Schutz vor Feinden sind daher entscheidende Auswahlkriterien für das Fliegenweibchen.

Ein Großteil der Fruchfliegenlarven fällt in der Natur Fraßfeinden zum Opfer, in erster Linie parasitären Wespen, die ihre Eier in die Fliegenlarven legen. Erstaunlich ist, dass diese Wespen den Zitrusduft überhaupt nicht mögen, der sie doch eigentlich sicher zu ihrer Nahrungsquelle führen sollte. Die auf Drosophila melanogaster spezialisierte parasitäre Wespenart Leptopilina boulardii beispielsweise wird von der Substanz Valencen abgeschreckt.

„Vermutlich gibt es vergleichbare Prozesse bei anderen Insekten und Möglichkeiten, diese zu manipulieren“, sagt Stensmyr. So ließen sich möglicherweise Insekten bekämpfen, die Ernten vernichten oder Krankheiten übertragen.

Forschung: Hany K. M. Dweck, Shimaa A. M. Ebrahim, Bill Hansson, Marcus C. Stensmyr, u.a.; Veröffentlichung in „Current Biology“, DOI 10.1016/j.cub.2013.10.047

WWW:
Abstract in „Current Biology“
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

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