Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Das Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena erforscht die Rolle, Vielfalt und Eigenschaften von chemischen Signalen, die die Interaktionen zwischen Organismen und ihrer Umwelt steuern. Um das komplexe System der chemischen Kommunikation zu verstehen, arbeiten am Institut Wissenschaftler aus den Bereichen Ökologie, Biochemie, organische Chemie sowie Insektenkunde und -physiologie zusammen. Im Mittelpunkt ihrer Forschung steht dabei die Ko-Evolution von Pflanzen und Insekten. Ihre zumeist ortsgebundene Lebensweise zwingt Pflanzen zu effektiven Strategien, um die Ausbreitung der eigenen Nachkommenschaft zu gewährleisten sowie sich vor Fraßfeinden und Krankheitserregern zu schützen. Dabei entwickeln sie eine Fülle chemischer Signalstoffe, die ihnen eine optimale Anpassung an ihre jeweilige Umwelt ermöglichen. Diese Allelochemikalien werden beispielsweise eingesetzt, um Bestäuber anzulocken, Pflanzenfresser und Krankheitserreger zu bekämpfen oder unliebsame Konkurrenten fernzuhalten. Die Pflanzen synthetisieren Mischungen organischer Substanzen, die fraßhemmende bzw. toxische Wirkungen auf Pflanzenfresser besitzen. Im Gegenzug passen sich Insekten, die Pflanzen fressen, daran an und versuchen ihrerseits, die Verteidigung der Pflanzen auszuschalten.

Kontakt

Hans-Knöll-Straße 8
07745 Jena
Telefon: +49 3641 57-0
Fax: +49 3641 57-1002

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):

IMPRS "The Exploration of Ecological Interactions with Molecular and Chemical Techniques"

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Symbiose der Totengräber

Die Käfer verwandeln Kadaver mit Hilfe von Mikroorganismen in nährstoffreiche Kinderstuben

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Blattmoleküle als Marker für Mykorrhiza-Pilze

Stoffwechselprodukte aus den oberirdischen Teilen einer Pflanze verraten die erfolgreiche Symbiose mit Wurzelpilzen

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Nachtfalter besitzen Hirngebiete für Futtersuche und Eiablage

Die Aktivität bestimmter Bereiche im Riechhirn weiblicher Tabakschwärmer ist direkt mit dem jeweiligen Verhalten verknüpft

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„Ich freue mich auf den gemeinsamen Spirit“

Bill Hansson, Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft, spricht im Interview über den Max-Planck-Tag, ein bundesweites Wissenschaftsfestival, das am 14. September 2018 stattfinden wird

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Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich

Schildkäfer benötigen ein symbiotisches Bakterium für den Abbau pflanzlicher Zellwände

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In jeder Kohlpflanze tickt eine Bombe, eine Senfölbombe. Für viele Insekten ist die Pflanze deshalb ungenießbar. Franziska Beran vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena weiß inzwischen jedoch, wie Insekten diese Gefahr entschärfen können: Kohlerdflöhe zum Beispiel überlisten die Verteidigungswaffe der Pflanzen und setzen sie sogar zum eigenen Schutz ein.

Bakterien sind Individuen, die immer autonom funktionieren? Falsch, sagt Christian Kost vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. Seiner Meinung nach sind Bakterien vielmehr Organismen, die oft gar nicht anders können als zu kooperieren. Das Team zeigt das mithilfe trickreicher Experimente.

Im Gewächshaus des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena scheint auch an trüben Tagen die Sonne: 520 Hochleistungsleuchten mit Assimilations-Natriumdampflampen sorgen dafür, dass die Pflanzen ausreichend Licht bekommen und die Spektralverteilung für die Fotosynthese stimmt. Um eine gleichmäßige Bestrahlung wie bei natürlichem Tageslicht zu simulieren, fahren die Lampen automatisch auf Schienen hin und her. Auch die Klimatisierung erfolgt computergesteuert – das ganze Jahr über herrschen hier sommerliche, aber nicht zu hohe Temperaturen. Auf der Hälfte der 474 Quadratmeter umfassenden Anzuchtfläche wächst in der Regel Kojotentabak (Nicotiana attenuata), die wichtigste Modellpflanze des Instituts. Doch das Gewächshaus hat neben Raps, Erbsen und Pappeln auch exotischere Bewohner zu bieten: schädlingsresistente Bananen, Noni-Bäume und fleischfressende Kannenpflanzen. Letzteren gilt das Interesse von Ayufu Yilamujiang. Er untersucht die genaue Zusammensetzung der Kannenflüssigkeit, mit der die Pflanzen gefangene Insekten verdauen. Fleischfressende Pflanzen wachsen auf nährstoffarmen Böden, zusätzliche Nahrung erhalten sie aus ihrer tierischen Beute, hauptsächlich Insekten. Dazu haben sie spezielle Fang- und Verdauungsmechanismen entwickelt. Im Fall der Kannenpflanzen lockt süßer Nektar die Insekten an den Rand der Kannen, die im Prinzip umgeformte Blätter sind. Am Kannenrand rutschen die Tiere ab und stürzen in die Verdauungsflüssigkeit hinein. Auch im Gewächshaus findet sich das ein oder andere Beutetier für die Kannenpflanzen, denen gelegentlich Schädlinge und ab und zu auch ein zu deren Bekämpfung eingesetzter Nützling – etwa eine Schlupfwespe – zum Opfer fallen. Für Experimente unter kontrollierten Bedingungen füttern die Wissenschaftler die Kannenpflanzen mit Fruchtfliegen.

Viele Insekten sind auf die Unterstützung von Bakterien angewiesen. Die Mikroorganismen produzieren Überlebenscocktails für ihre Larven, helfen beim Abbau schwer verdaulicher Kost oder liefern lebenswichtige Vitamine. Martin Kaltenpoth und sein Team vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena entlocken den Symbiosen zwischen Insekt und Mikrobe verblüffende Details.

Dass das GPS der Wüstenameise neben Sonnenkompass, Wegintegrator und optischen Land marken auch den Geruchssinn zum Auffinden des Nestes nutzt, ist neu. Noch erstaunlicher aber ist, dass die Tiere dabei die Verteilung verschiedener Düfte in der Nestumgebung lernen und wie eine Landkarte einsetzen. Markus Knaden und sein Team vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben sich auf Spurensuche im Ameisenland begeben.

Doktorandenstelle

Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena 26. Oktober 2018

Optimierung der Schädlingsbekämpfung mithilfe eines neuen evolutionären Konfliktes

2018 Heckel, David G.

Entwicklungsbiologie Evolutionsbiologie Mikrobiologie Pflanzenforschung Ökologie

ABC-Transporterproteine haben viele nützliche Funktionen in Insekten, wie z.B. die Bestimmung der Färbung des Raupenkörpers,der Augenfarbe von erwachsenen Insekten und vermutlich die Entgiftung pflanzlicher Abwehrstoffe. Aber ABC-Transporter sind auch anfällig für die Wirkung von Giftstoffen des Bakteriums Bacillus thuringiensis. Die Anwendung dieser Gifte in genetisch veränderten Kulturpflanzen schafft für Schadinsekten einen neuen evolutionären Konflikt zwischen Nutzen und Kosten von ABC-Transportern. Das gezielte Nutzen dieser Kenntnis kann bei der Bekämpfung von Schadinsekten helfen.

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Die Bildung von Terpenpheromonen in Blattkäfern

2017 Köllner, Tobias G.; Beran, Franziska

Pflanzenforschung Ökologie

Einige Blattkäferarten benutzen flüchtige Terpene, um Artgenossen zu einer ergiebigen Futterquelle zu locken. Das dadurch ausgelöste massenhafte Auftreten der Käfer führt oft zu erheblichen Schäden in der Land- und Forstwirtschaft. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass in Flohkäfern, einer Untergruppe der Blattkäfer, eine neue Familie von Terpensynthasen für die Bildung der flüchtigen Terpene verantwortlich ist. Das Wissen um die Biosynthese dieser Terpene kann helfen, neue Strategien im Kampf gegen Schadinsekten zu entwickeln.

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Die Evolution früher Abwehrsignale des Tabaks nach Insektenbefall

2017 Xu, Shuqing; Baldwin, Ian T.

Pflanzenforschung Ökologie

Insektenfraß löst in Pflanzen frühe Abwehrsignale aus, die ein Netzwerk von Verteidigungsmechanismen aktivieren, um die Pflanze vor weiterem Befall zu schützen. Allerdings können diese die Überlebensfähigkeit von Pflanzen beeinträchtigen, da sie Ressourcen verbrauchen, die an anderer Stelle eingespart werden müssen. Daher brauchen Pflanzen ein Signalnetzwerk, das die Reaktion auf den Insektenbefall reguliert. Phylogenomische Analysen an wilden Tabakarten (Nicotiana spp.) deuten darauf hin, dass eine Genomvervielfältigung die Evolution früher Abwehrsignale in Pflanzen entscheidend geprägt hat.

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Zur Chemie der Blüten und ihrer ökologischen Rolle 

2016 Schneider, Bernd

Pflanzenforschung Ökologie

Als reproduktive Organe tragen Blüten zur Erhaltung und Verbreitung der jeweiligen Pflanzenart bei. Die dafür erforderliche visuelle und olfaktorische Kommunikation mit den Bestäubern erfolgt über Blütenfarbstoffe und das Duftbouquet der Blüten. In beiden Fällen sind chemische Verbindungen die Informationsträger. Die Bestäuber werden für ihre Dienste mit Nektar und Pollen belohnt, deren chemische Bestandteile – Zucker, Proteine und Lipide – als Nahrung dienen. Die qualitative und quantitative chemische Analyse der verschiedenen Blütenbestandteile ist eine der Aufgaben der chemischen Ökologie.

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Wie Insektenfraß Blätter zum Leuchten bringt

2016 Mithöfer, Axel; Boland, Wilhelm

Pflanzenforschung Ökologie

Calciumionen (Ca2+) sind wichtige interzelluläre sekundäre Botenstoffe in Signalnetzwerken von Pflanzen. Nach Fraßschäden öffnen sich spezifische Ionenkanäle und es kommt zu einem schnellen, vorübergehenden Anstieg des cytoplasmatischen Ca2+-Levels. Diese erhöhten Levels können mit biolumineszentem Aequorin verfolgt werden: Es bindet spezifisch Ca2+ und beginnt zu leuchten. Dieses Signal wandert mit ca. 1 bis 2 cm/min durch das direkt verbundene vaskuläre System und korrespondiert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Raupenfraß-induzierten elektrischen Signalen.

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