Pflanzenschutz

„Wettrüsten“ im Kohlfeld

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Kohlpflanzen und ihre Verwandten aus der Gattung der Kreuzblütlerartigen haben ein effektives Abwehrsystem gegen natürliche Fressfeinde entwickelt. Mit sogenannten „Senfölbomben“ verderben sie gierigen Raupen den Appetit auf ihr Pflanzengewebe. Einige Insekten, wie etwa die Weißlinge, haben allerdings im Laufe der Evolution Strategien entwickelt, die Verteidigung der Kohlpflanzen zu umgehen – was quasi ein „Wettrüsten“ im Kohlfeld zur Konsequenz hat.

Einige Raupen, wie die des Großen Kohlweißlings, haben sich im Laufe der Evolution perfekt an die Abwehrstoffe der Kohlpflanzen angepasst. Foto: Hanna Heidel-Fischer/Max-Planck-Institut

„Wettrüsten“ zwischen Kohlpflanzen und Raupen

Ein internationales Team von Wissenschaftlern – darunter Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena – konnte jetzt mit Hilfe genomischer Werkzeuge die Mechanismen eines uralten und immer noch andauernden „Wettrüstens“ zwischen Kohlpflanzen und gefräßigen Schmetterlingslarven entschlüsseln. Gleichzeitig gewährt die aktuelle Forschungsarbeit wichtige neue Einblicke in die genetischen Grundlagen beider Gruppen von Lebewesen.

Die wichtigste Abwehr von Kohlpflanzen und anderen Kreuzblütlerartigen basiert demnach auf einem Zwei-Komponenten-System, das aus Senfölglykosiden sowie pflanzlichen Enzymen, den Myrosinasen, besteht. Beide befinden sich in unterschiedlichen Bereichen des gesunden Pflanzengewebes. Verwundet allerdings eine fressende Raupe das Gewebe, werden die Komponenten gemischt und dadurch die sogenannte „Senfölbombe“ aktiviert.

Koevolution von Pflanzen und Schmetterlingen

Dabei entsteht eine Reihe von giftigen Abbauprodukten, die in bestimmten Konzentrationen für Menschen kulinarisch interessant werden und zum Beispiel als scharfer Senf oder Meerrettich auf den Tisch kommen. Auf nicht-angepasste Pflanzenfresser aber wirken diese Substanzen abschreckend oder sogar giftig. Einige Insekten wie die Weißlinge haben sich allerdings auf den Verzehr von Kohlpflanzen und deren chemische Abwehr spezialisiert.

Beim Vergleich der Stammesgeschichten der Pflanzen und Schmetterlinge entdeckten die Wissenschaftler, dass auf die Fortschritte in der chemischen Verteidigung der Pflanzen jeweils eine Anpassung der Schmetterlinge folgte – ein Vorgang, der sich in einem Zeitraum von fast 80 Millionen Jahren mehrfach wiederholte.

Genetische Grundlage des „Wettrüstens“

Die Sequenzierung der Genome sowohl der Pflanzen als auch der Schmetterlinge führte die Wissenschaftler zur genetischen Grundlage dieses „Wettrüstens“: Die Weiterentwicklung wurde auf beiden Seiten durch neue Kopien bereits vorhandener Gene vorangetrieben.

Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass bei Schmetterlingsarten, die sich erst an Senfölglykoside anpassten, später aber auf andere Wirtspflanzen wie etwa Misteln wechselten, die Gene, die für die Überwindung der „Senfölbombe“ zuständig waren, vollständig aus dem Genom verschwunden waren.