Vorliebe für Orangen schützt Fruchtfliegen vor Parasiten

Ein einziger Duftrezeptor sorgt dafür, dass Drosophila ihre Eier bevorzugt auf Zitrusfrüchte legt

5. Dezember 2013

Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster ist bei der Suche nach einem geeigneten Eiablageplatz wählerischer als gedacht. Das haben Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena zusammen mit Kollegen aus Nigeria herausgefunden. In Verhaltensexperimenten bevorzugen die Tiere Zitrusduft. Diese Vorliebe wird von einem einzigen Duftrezeptor im Gehirn der Insekten gesteuert. In der Natur ist die Eiablage auf Orangen von Vorteil, weil parasitäre Wespen, die sich von den Fliegenlarven ernähren, Zitrusfrüchte meiden: Derselbe Duft, der die Fliegen anlockt, schreckt die Wespen ab. Mit Hilfe bildgebender Verfahren, die die Aktivität einzelner Bereiche im Fliegenhirn bei Stimulierung mit verschiedenen Düften sichtbar machen, haben die Forscher den Rezeptor für Zitrusduft identifiziert. Fliegen, in denen dieser Rezeptor ausgeschaltet worden war, konnten ihre Lieblingsfrüchte nicht mehr von anderen unterscheiden.

Fruchtfliege Drosophila melanogaster auf einer Orangenschale: Die Schale der Zitrusfrucht ist ein ideales Eiablagesubstrat, denn die parasitische Wespe Leptopilina boulardii, die ihre Eier in die Fliegenlarven legt, verabscheut Zitrusduft.

Für Eier legende Insekten ist die Wahl eines geeigneten Eiablageplatzes äußerst wichtig, denn vom Überleben der Eier und Larven hängt der Fortbestand der Art ab. Mit der Eiablage endet die mütterliche Fürsorge: Eier und Larven sind fortan auf Gedeih und Verderben ihrer Umgebung ausgeliefert, ihr Aktionsradius ist dabei meist begrenzt. Geeignete und ausreichende Futterquellen für die hungrigen Larven sowie der Schutz vor Feinden sind daher entscheidende Auswahlkriterien für das Fliegenweibchen.

Die Forscher um Marcus Stensmyr und Bill Hansson aus der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie haben zunächst die bevorzugten Eiablagesubstrate von Fruchtfliegen getestet. 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. 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.“

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. In einem weiteren Experiment, in dem die Wespen  Fliegenlarven auf einem Untergrund  mit oder ohne Valencen auswählen konnten, bevorzugten die Wespen Fliegenlarven ohne Valencen. Warum die Wespen Zitrusfrüchte meiden, ist zwar unklar. Fest steht aber, dass die Fruchtfliegenweibchen gelernt haben, ihre Nachkommen auf Zitrusfrüchten gedeihen zu lassen, weil sie dort besser vor Parasiten geschützt sind.

Die Forschungsergebnisse geben wichtige Hinweise darauf, nach welchen Kriterien Insekten die richtigen Plätze für die Entwicklung ihrer Nachkommen auswählen. „Vermutlich gibt es vergleichbare Prozesse bei anderen Insekten und Möglichkeiten, diese zu manipulieren“, meint Marcus Stensmyr. So ließen sich insbesondere Insekten, die Ernten vernichten oder Krankheiten übertragen, bekämpfen.

AO/HR

Zur Redakteursansicht