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.

Schadpilz setzt die Pflanzenabwehr außer Kraft

Der im Pflanzenbau gefährliche Weißfäule-Pilz entschärft die pflanzliche Senföl-Bombe in Kohl

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Bei verschiedenen Populationen der Taufliege Drosophila mojavensis stellt ein nicht mehr gebildetes männliches Sexualpheromon einen entscheidenden Mechanismus zur Entwicklung neuer Arten dar

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Hochdurchsatzauswertungen von Stoffwechselprodukten des Kojotentabaks belegen, dass komplexe Stoffwechseländerungen nach Insektenbefall zielgerichtet zur Produktion von Abwehrstoffen erfolgen

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Mit wiederholter Evolution zur Katzenminze

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entschlüsseln die evolutionären Ursprünge des Katzenlockstoffs Nepetalacton

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Taufliegen sind bei der Nahrungssuche für neue Partner offen

Die Bereitschaft, sich mit bislang unbekannten Hefen zu verbünden, könnte ein entscheidender Faktor bei der Entstehung neuer Drosophila-Arten sein

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Tellereisen, Leimruten, Fallgruben – insektenfressende Pflanzen haben sich ungewöhnliche Techniken einfallen lassen, um an zusätzliche Nährstoffe zu gelangen. Axel Mithöfer untersucht am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, wie Kannenpflanzen aus Südostasien ihre Opfer anlocken und verdauen.

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.

Ein besonderer Geruchsrezeptor verhilft Mottenweibchen zu einer erfolgreichen Aufzucht ihrer Nachkommen

2019 Knaden, Markus; Zhang, Jin; Hansson, Bill S.

Evolutionsbiologie Genetik Ökologie

Tabakschwärmerweibchen suchen mit Hilfe ihres Geruchsinnes nach passenden Pflanzen für die Eiablage. Neue Untersuchungen ergaben jetzt, dass nicht nur pflanzliche Duftstoffe die Wahl des Eiablageplatzes bestimmen, sondern auch der Kot von Artgenossen. Bestimmte Substanzen im Kot von Tabakschwärmerraupen signalisieren den Falterweibchen, dass bereits konkurrierende Artgenossen an der Pflanze fressen. Mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 konnte der Geruchsrezeptor identifiziert werden, der den typischen Kotgeruch erkennt und damit die Konkurrenzvermeidung bei der Eiablage steuert.

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Plankton-Gemeinschaften: Wie Einzeller sich entscheiden und auf Stress reagieren

2018 Pohnert, Georg

Entwicklungsbiologie Mikrobiologie Ökologie

Einzellige Algen sind im Plankton und den Biofilmen unserer Ozeane allgegenwärtig. In unseren Arbeiten erforschen wir, wie chemische Signale mikrobielle Gemeinschaften steuern, seien es die weiträumigen Ansammlungen von Algen im Plankton der Ozeane oder temporäre Biofilm-Gemeinschaften. Wir konnten zeigen, dass sowohl Mikroalgen als auch Bakterien im Plankton eine bislang unbekannte Schwefelverbindung produzieren und damit sowohl mikrobielle Interaktionen als auch den weltweiten Schwefelkreislauf grundlegend beeinflussen.

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Optimierung der Schädlingsbekämpfung mithilfe eines neuen evolutionären Konfliktes

2017 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

2016 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

2016 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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