Eine aktuelle Studie von Mari Irving und Kollegen, veröffentlicht in der Zeitschrift für chemische Ökologie wirft neues Licht auf Wie sich die Ernährung auf Distelfalter auswirkt. Diese bekannten Schmetterlinge mit ihren orange und schwarz gemusterten Flügeln sind in Gärten auf der ganzen Welt ein alltäglicher Anblick. Die von Forschern der University of Central Florida durchgeführte Studie konzentrierte sich darauf, zu verstehen, wie sich die verschiedenen Blumenarten, von denen sich Distelfalter ernähren, auf ihr Überleben und ihre Entwicklung auswirken.

Vanessa Cardui. Bild: canva.

Gemalte Damen (Vanessa Cardui) ernähren sich außerordentlich vielfältig und ernähren sich von Blüten aus über zehn verschiedenen Pflanzenfamilien. Diese generalistische Ernährungsstrategie ermöglicht es ihnen, in einer Vielzahl von Lebensräumen zu gedeihen. Bisher gibt es jedoch nur wenige Untersuchungen, die untersuchen, wie sich die spezifischen Chemikalien, die von ihren Wirtspflanzen produziert werden, auf Buntbarsche in verschiedenen Lebensstadien auswirken. Die Blüten, die sie besuchen, enthalten verschiedene Verbindungen, darunter Terpene gib viele Pflanzen ihre unverwechselbaren Düfte. Ziel dieser neuen Studie war es herauszufinden, wie häufig in Blütennektar und Pollen vorkommende Terpene die Raupen, Puppen und erwachsenen Tiere der Distelfalter beeinflussen.

Untersuchung der Wirkung von Blütenterpenen

Terpene sind eine wichtige Klasse chemischer Verbindungen Pflanzen produzieren aus verschiedenen Gründen. Diese vielfältigen Verbindungen, die in den ätherischen Ölen vieler Blumen, Bäume und Kräuter vorkommen, spielen eine entscheidende Rolle bei der Abwehr von Pflanzen gegen Schädlinge und Krankheiten. Terpene verleihen Blumen auch ihren charakteristischen Duft, der dazu dient, Bestäuber anzulocken. Die von einer Pflanze produzierte Terpenmischung trägt zu ihrem einzigartigen Aroma bei.

Angesichts ihrer Bedeutung für die Pflanzenabwehr und die Interaktion mit Bestäubern wollten die Forscher herausfinden, wie sich Terpene auf Schmetterlingsfalter auswirken, die sich von Blütennektar und Pollen ernähren. Sie konzentrierten sich auf vier häufig vorkommende Blütenterpene: Limonen, Linalool, Cineol und Beta-Caryophyllen. Limonen sorgt für ein frisches, zitrisches Aroma. Linalool hat einen angenehmen, blumigen Duft, der in Lavendel zu finden ist. Cineol hat einen medizinischen, kampferähnlichen Geruch und ist ein Hauptbestandteil von Eukalyptusöl. Beta-Caryophyllen verleiht ein holziger, würziger Duft. Durch das Testen dieser vielfältigen Terpene wollten die Forscher verstehen, wie sie das Wachstum und Überleben der Distelfalter beeinflussen.

Untersuchung der Auswirkungen von Terpenen durch kontrollierte Fütterungsexperimente

Die Forscher führten sorgfältig kontrollierte Fütterungsexperimente durch um zu verstehen, wie sich Terpene auf Painted Ladies auswirken. Sie fütterten die Raupen der Distelfalter mit künstlichem Futter, angereichert mit unterschiedlichen Mengen der vier Terpene – Limonen, Linalool, Cineol und Beta-Caryophyllen. Die Futtermittel enthielten unterschiedliche Konzentrationen der einzelnen Terpene, die von „kein“ bis hin zu toxischen Konzentrationen reichten.

Irving und Kollegen führten die Experimente bei drei verschiedenen Temperaturen durch: 24 °C, 27 °C und 30 °C. Das Variation erlaubt Die Forscher wollten herausfinden, ob die Temperatur die Wirkung der Terpene beeinflusst. Nachdem die Raupen mit Terpenfutter gefüttert wurden, maßen die Forscher mehrere Auswirkungen:

  • Schlupfraten der Eier
  • Überleben der Raupe
  • Zeitbedarf für die Entwicklung
  • Größe der erwachsenen Distelfalter-Schmetterlinge

Durch das systematische Testen von Diäten mit unterschiedlichen Terpengehalten und Temperaturen konnten die Forscher genau bestimmen, wie diese Blütenstoffe die Distelfalter in verschiedenen Lebensstadien beeinflussen.

Terpene verringerten die Überlebensrate und verlangsamten die Entwicklung, führten jedoch nicht zu einer Verringerung der Erwachsenengröße

Die Fütterung Experimente enthüllt Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie Terpene bemalte Damen beeinflussten. Terpene verhinderten das Schlüpfen vieler Eier, wobei bei kühleren Temperaturen von 24 °C stärkere Auswirkungen beobachtet wurden als bei höheren Temperaturen. Die drei Monoterpene (Limonen, Linalool und Cineol) waren bei der Hemmung des Eischlüpfens am wirksamsten.

Darüber hinaus starben Raupen und Puppen häufiger, wenn sie mit Futter gefüttert wurden, das einen höheren Gehalt an Terpenen enthielt. Wie beim Ausbrüten von Eiern zeigten die Monoterpene die größte Toxizität und führten zu einem dosisabhängigen Anstieg der Sterblichkeit im Larven- und Puppenstadium.

Interessanterweise fanden die Forscher heraus, dass die Sterblichkeitsrate bei einigen Terpenen wie Linalool bei höheren Temperaturen zunahm. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Terpentoxizität durch Hitze verstärkt werden kann.

Über das Überleben hinaus verlangsamten Terpene auch die Entwicklung von Distelfaltern. Raupen brauchten länger, um Puppen zu bilden, wenn sie hochkonzentrierte Nahrung zu sich nahmen. Diese entwicklungsverzögernde Wirkung zeigten die Monoterpene Limonen, Linalool und Cineol.

Trotz der negativen Auswirkungen von Terpenen auf das Überleben und Wachstumsrate, fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Größe erwachsener Distelfalterfalter nicht durch den Terpengehalt ihrer Larvennahrung beeinflusst wurde. Die Masse erwachsener Tiere schwankte nur etwa im Zweifachbereich, unabhängig davon, ob die Raupen hohe oder niedrige Mengen dieser Verbindungen konsumierten. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass Terpene zwar das Überleben von Jungtieren verringern, sich aber, wenn es ihnen gelingt, aus dem Puppenstadium hervorzugehen, zu normalgroßen Erwachsenen entwickeln können.

Auswirkungen auf Pflanzen-Insekten-Interaktionen

Die Ergebnisse zeigen, dass die Distelfalter-Diät je nach Lebensphase unterschiedliche Auswirkungen hat. Während Terpene das Schlüpfen von Eiern stark hemmten, konnten sich die Larven bei erfolgreicher Ernährung mit terpenhaltiger Nahrung zu normalgroßen Erwachsenen entwickeln, allerdings auf Kosten einer langsameren Entwicklung und einer höheren Sterblichkeit. Dieser unterschiedliche Einfluss unterstreicht die Anfälligkeit bemalter Frauen chemische Abwehrkräfte der Pflanze ist stark kontextabhängig und wird von Faktoren wie Lebensstadium, Temperatur und den spezifischen Terpenen bestimmt, die in ihrer Blütenernährung enthalten sind.

Auch die Temperatur scheint bei der Bestimmung der Terpentoxizität eine wichtige Rolle zu spielen. Die Ergebnisse helfen zu erklären, warum Pflanzen unter heißen oder kühlen Bedingungen unterschiedliche Abwehrchemikalien produzieren können – ihre Wirksamkeit ändert sich mit der Temperatur. Beispielsweise waren alle drei Monoterpene bei niedrigeren Temperaturen weniger giftig für Larven und Puppen von Distelfaltern. Als global die Temperaturen steigen, könnte dieses Phänomen erhebliche Auswirkungen auf Painted Ladies haben.

Im weiteren Sinne liefert diese Forschung Einblicke in die komplexe Dynamik zwischen Pflanzen und pflanzenfressenden Insekten. Es zeigt, wie Faktoren mögen Wildpflanzen und Nutzpflanzen divergieren. Irving und Kollegen schreiben:

Insgesamt deuten diese vielen Einzeleffekte auf eine mögliche Intensivierung der Pflanze-Pflanzenfresser-Interaktion im Zuge des Klimawandels hin. Größere Populationen sich schneller entwickelnder Insekten verbrauchen größere Mengen Pflanzengewebe, während schneller wachsende Pflanzen größere Mengen nährstoffärmerer Biomasse produzieren, die durch höhere Konzentrationen wirksamerer chemischer Abwehrstoffe auf Kohlenstoffbasis verteidigt wird. Man kann zwar davon ausgehen, dass sich Pflanzen unter solchen Bedingungen durchsetzen, doch wenn große Insektenpopulationen einer Ernährung ausgesetzt werden, bei der die Individuen größere Mengen toxischerer chemischer Abwehrstoffe aufnehmen müssen, um ihren Mindesternährungsbedarf zu decken, würde dies eine starke selektive Kraft für die Evolution darstellen Widerstand gegen diese chemischen Abwehrkräfte.

Irving et al. 2023.

Das Problem dabei ist laut den Autoren, dass dies der Fall ist wilde Pflanzen wird sich anpassen, domestizierte Pflanzen entwickeln sich nicht weiter; sie sind ausgewählt. Dadurch könnten Nutzpflanzen für terpenresistente Schädlinge viel attraktiver werden. Temperaturänderungen, insbesondere Temperaturschwankungen in zunehmend extremen Jahreszeiten, wirken sich auch auf die chemische Abwehr der Pflanzen gegen Pflanzenfresser aus. Sowohl Temperatur- als auch Zeitänderungen müssen in künftigen Schädlingsbekämpfungsmodellen berücksichtigt werden.

LESEN SIE DEN ARTIKEL
Irving, MR, Goolsby, EW, Stanford, H., Lim-Hing, S., Urrea, M. und Mason, CM (2023) „Die Temperatur verändert die toxikologischen Auswirkungen von Pflanzenterpenoiden auf den polyphagen Modellherbivoren. Vanessa Cardui" Zeitschrift für chemische Ökologie. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1007/s10886-023-01449-8.

Cover: Vanessa Cardui. Bild: canva.