Insekten und Blüten: Eine alte Liebe als Motor der Evolution

19. Oktober 2017, 07:00
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Wechselseitige Anpassungen ließen auf beiden Seiten beeindruckende Fähigkeiten entstehen

Wien – Vor mehr als 125 Millionen Jahren scheint alles angefangen zu haben. Damals, während der Kreidezeit, war die Erde noch das Reich der Dinosaurier. Im Schatten der Riesen wurde schon die Zukunft begründet. Nicht nur liefen bereits die ersten primitiven Säugetiere durch den Unterwuchs, auch im botanischen Bereich fanden entscheidende Weichenstellungen statt. Und bei den Insekten. Sie und die Urformen der modernen Blütenpflanzen gingen eine Liaison ein, die eine der erfolgreichsten Triebfedern der Evolution werden sollte: das Verhältnis zwischen Bestäubern und Bestäubten. Die Krabbeltiere begannen Pollen zu verbreiten und wurden dafür mit Nahrung belohnt. Es war der Start einer rasanten Entwicklung. Immer besser passten sich die Partner einander an, die Anzahl neuer Spezies explodierte. Gerade die Pflanzen hinterließen Fossilien.

Die Hintergründe dieser wundersamen Artenvermehrung sind noch immer Gegenstand ausführlicher Expertendebatten. Leider wird die weitere Erforschung des Phänomens durch Fossilienmangel aufseiten der Insekten behindert. Gerade von den Bienen, die heute mit rund 20.000 Spezies weltweit die wichtigsten Bestäuber sind, fehlen häufig Spuren. Die Dynamik hält allerdings an. Evolution ist ein fortschreitender, nie abgeschlossener Prozess, und so hat auch die Kooperation zwischen Insekten und Blütenpflanzen bis dato immer neue Formen hervorgebracht.

Die Mechanismen und Zusammenhänge sind überaus komplex – ein riesiges, hochinteressantes Forschungsgebiet, genannt Blütenökologie, dessen aktuellen Stand Fachleute am Freitag, dem 20. 10., im Rahmen eines Symposiums in Wien erörtern wollen. Organisatorin ist die Österreichische Akademie der Wissenschaften in Wien.

Erstaunlich kluge Insekten

Staatenbildende Bienen wie jene der Gattung Apis haben die Menschheit seit jeher fasziniert. Die Tiere verfügen über erstaunlich weit entwickelte kognitive Fähigkeiten, erklärt der Biologe Martin Giurfa von der Université de Toulouse. "Es sind keinesfalls nur kleine Roboter." Je nach Lage können die Insekten unterschiedliche Signale interpretieren und sich entsprechend verhalten. Sie entscheiden situationsabhängig.

Die Diversität ihrer Nahrungsressourcen, sprich Blumentypen, dürfte wesentlich dazu beigetragen haben. Manche Blüten enthalten besonders viel Nektar, andere wiederum sind vor allem als Pollenlieferanten interessant. Innerhalb der Arbeiterinnenkaste eines Volkes gibt es hierfür sogar Spezialistinnen, wie Giurfa erläutert. Die Grundprägung auf Pollen oder Nektar sei genetisch bedingt. Für die Praxis jedoch müssen sich die Bienen vieles aneignen: Navigation in der Landschaft zum Beispiel und das Wissen, wie sich das Blütenangebot darin zeitlich verändert. "Alle Arbeiterinnen sind darauf eingestellt, alles über Blumen zu lernen."

Martin Giurfa und sein Team gehen dem kognitiven Potenzial der Bienen weiter auf den Grund. Eine Kollegin wird während der ÖAW-Veranstaltung über die Forschungsergebnisse berichten, Giurfa selbst ist gesundheitlich verhindert. Die Arbeitsgruppe untersucht auch, inwiefern Botenstoffe das Lernvermögen der Insekten beeinflussen. Untereinander koordinieren zum Beispiel Honigbienen, Apis mellifera, ihre Aktivität mithilfe einer ganzen Reihe von Pheromonen. "Eines der Wichtigsten davon ist Geraniol", sagt Guirfa. Arbeiterinnen setzen es frei, wenn sie eine ertragreiche Futterquelle gefunden haben, und rufen so ihre Artgenossinnen herbei.

Kopiertes Molekül

Geraniol kommt allerdings nicht nur bei Bienen vor. Im Pflanzenreich ist es ein sehr weit verbreiteter Duftstoff. Haben die Insekten das Molekül etwa im Verlauf der gemeinsamen Evolution kopiert? Das sei durchaus möglich, meint Giurfa. Es sei aber noch nicht geklärt, ob die Bienen die Substanz selbst synthetisieren oder sie vielleicht nur von den Blüten aufnehmen und später für eigene Zwecke wiederverwerten.

Eine aktuelle Studie legt nahe, dass Geraniol und andere Pheromone auch das Lernverhalten von Bienen modulieren können. Die Toulouser Forscher setzten Arbeiterinnen drei verschiedenen Signalstoffen aus und beobachteten, wie die Tiere anschließend auf Sucrose reagierten.

Häufig regt ein solches Zuckerangebot den Leckreflex an. Geraniol hat diesbezüglich offenbar eine verstärkende Wirkung, das Alarmpheromon 2-Heptanon dagegen schwächt den Effekt ab (vgl.: "Scientific Reports", Bd. 7: 9875). Letzteres scheint Apis mellifera nicht nur bei der Verteidigung ihrer Stöcke einzusetzen, sondern auch zur Markierung von Blüten, deren Nektarangebot erschöpft ist – eine äußerst effiziente Signalstrategie.

Arbeit mit Schwärmern

Symposiumsrednerin Almut Kelber hat einen ganz anderen Fokus. Die meisten Blütenökologen arbeiten mit Bienen, erklärt die an der schwedischen Universität Lund tätige Wissenschafterin, sie jedoch interessiere sich vor allem für Schwärmer, eine Schmetterlingsgruppe. Bienen bekämen Information von ihren Artgenossinnen, betont Kelber. "Schwärmer dagegen müssen nach dem Schlüpfen ihre erste Blüte finden, ohne dass ihnen jemand gesagt hat, was eine Blüte ist." Diese Fähigkeit müsse also angeboren sein. Aber sie reiche nicht aus.

Schwärmer holen sich ihren Nektar schwebend wie Kolibris. Sie verharren im Flug vor einer Blume und saugen den Zuckersaft mit ihrem ausrollbaren Rüssel auf. Das kostet viel Energie. Die Tiere müssen deshalb möglichst schnell erkennen lernen, welche Blütenarten am ertragreichsten sind. Um genauere Einblicke zu bekommen, haben Kelber und ihre Kollegen die Gehirnareale von nachtaktiven Weinschwärmern (Deilephila elpenor) untersucht und sie mit den entsprechenden Regionen beim Taubenschwänzchen (Macroglossum stellatarum) verglichen. Im Gegensatz zu den meisten Schwärmerspezies sind Taubenschwänzchen fast nur bei Tageslicht unterwegs.

Die Tiere orientieren sich deshalb stark visuell, auch beim Lernen, sagt Kelber. Farben dienen ihnen als Schlüsselreiz. Die Weinschwärmer indes können zwar sogar in der Dunkelheit Farbtöne erkennen, nutzen aber bei der Nahrungssuche vorrangig Düfte. Kelbers Untersuchungen zeigen: Die unterschiedlichen Strategien schlagen sich erwartungsgemäß in der Gehirnstruktur nieder (vgl.: "Scientific Reports", Bd. 6: 26041).

Die Nachtaktiven investieren mehr in den Aufbau geruchsverarbeitender Bereiche, bei den Tagschwärmern sind die Zentren für optische Signale stärker entwickelt. Trotzdem nutzen beide Arten beide Möglichkeiten. Man sollte schließlich flexibel bleiben. (Kurt de Swaaf, 19.10.2017)

  • Ein Taubenschwänzchen beim Nektarsammeln: Es bessert bei jedem Trunk seinen Energiehaushalt auf. Die Tiere sind fast ausschließlich bei Tag unterwegs. Forscher haben sie mit nachtaktiven Weinschwärmern verglichen.
    foto: apa/dpa/karl-josef hildenbrand

    Ein Taubenschwänzchen beim Nektarsammeln: Es bessert bei jedem Trunk seinen Energiehaushalt auf. Die Tiere sind fast ausschließlich bei Tag unterwegs. Forscher haben sie mit nachtaktiven Weinschwärmern verglichen.

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