Hindernisparcours für Raupen

12.07.2017 | News

Von:  Maja Schaffner

Stacheln und Dornen halten hungrige Grosssäuger fern. So die gängige Lehrmeinung. ETH-Forschende konnten nun aber nachweisen, dass auch die spitzen Pflanzenanhängsel Raupen das Leben schwermachen. Diese Erkenntnis könnte in der Züchtung von Nutzpflanzen wichtig werden.

Dichter Stachelbesatz am Stängel erschwert Raupen - hier einer solchen des Tabakschwärmers Manduca sexta -  den Zugang zu fressbaren Pflanzenteilen massiv. (Bild: Rupesh Kariyat / ETH Zürich)

«Es kommt zwar vor, dass Raupen regelrecht aufgespiesst werden», sagt Rupesh Kariyat vom Institut für Integrative Biologie der ETH Zürich. «Aber in erster Linie schränken Stacheln die Bewegungsfreiheit der Raupen ein.» Das bedeutet, dass die Raupen einen regelrechten Hindernisparcours absolvieren müssen, um von einem soeben vertilgten Blatt via stachligen Stängel zum nächsten Leckerbissen zu gelangen. Dabei müssen sie aufpassen, dass sie sich nicht verletzen. Sie brauchen zudem mehr Zeit, um die Stacheln zu überwinden oder zu umgehen. Versuchen sie es mit einer Abkürzung, indem sie sich von Blatt zu Blatt hangeln, riskieren sie einen Sturz.

Wie die Forschenden zeigen konnten, haben Zeitverlust und Abstürze einschneidende Folgen. «Die Raupen können weniger fressen. Sie wachsen und entwickeln sich daher langsamer», erklärt Kariyat. Das verschafft den Pflanzen mehr Zeit zum Wachsen und den natürlichen Feinden der Raupen mehr Gelegenheiten, diese zu finden und sie zu fressen.

Denn Raupen, die auf Stängeln herumkraxeln oder schlecht getarnt am Boden umherkriechen, sind leichtere Beute, zum Beispiel für Vögel. Dazu kommt: Je nach Dichte, Gestalt und Wuchsrichtung der Pflanzendornen hat eine Raupe schlechte Chancen, wieder auf ihre Futterpflanze zurück zu klettern.

Zufallsentdeckung weckte Neugier

Bisher galt, dass Stacheln und Dornen pflanzenfressende Säugetiere davon abhalten eine Pflanze kahlzufressen. «Die Wirkung auf Insekten haben bisher erst wenige Wissenschaftler untersucht», erklärt Mark Mescher, Professor am Institut für Integrative Biologie. Auch seine Gruppe stiess nur durch Zufall auf das Thema. In einem früheren Experiment entdeckten die Forschenden, dass ihre Versuchspflanze, ein Nachtschattengewächs, mehr Stacheln bildete, nachdem Raupen an den Blättern geknabbert hatten. «Wir vermuteten deshalb einen Zusammenhang zwischen Raupen und Stacheln», erklärt Mescher.

Die Forschenden gingen dem Sachverhalt nach und testeten in verschiedenen Versuchsanordnungen, wie lange Raupen brauchen, um Pflanzen mit unterschiedlicher Stacheldichte zu besteigen und sie kahl zu fressen. Dabei kamen verschieden stachlige Versuchspflanzen aus dem vorhergehenden Experiment ebenso zum Einsatz wie andere wehrhafte Nachtschattengewächse mit mehr oder weniger dichtem Stachelbesatz. Auch veränderten die Wissenschaftler die Anzahl der Stacheln künstlich, um andere Effekte auszuschliessen.

Pflanzenwaffe mit Anwendungspotential

Die Forschenden sehen durchaus Anwendungsmöglichkeiten für ihre Entdeckung. Denn Raupen sind in der Landwirtschaft ein grosses Problem.

Viele Nutzpflanzen, wie Kartoffeln, Tomaten und Auberginen, gehören wie die Versuchspflanzen zur Familie der Nachtschattengewächse. Kariyat merkt an: «Auberginen hatten ursprünglich Stacheln. Doch sie verloren sie im Lauf der Züchtung.»

Für die beiden Forscher macht es durchaus Sinn, bei der Züchtung auf die Stacheln von Nutzpflanzen zu achten. Ebenso wie auf die Pflanzenhaare, deren Nachteile für Raupen die Gruppe ebenfalls untersucht hat. Die Wissenschaftler sehen diese physikalischen Waffen als Teil der pflanzeneigenen Gesamtabwehrstrategie, die auch Toxine und das Anlocken von Nützlingen durch entsprechende Duftstoffe einschliesst.

Für Mescher haben Stacheln und Haare allerdings einen klaren Vorteil: «Im Gegensatz zu pflanzeneigenen Toxinen, die nicht nur für Schadinsekten, sondern auch für den Menschen unverträglich sein können, sind Haare und Stacheln an den Stängeln der Nutzpflanzen für den Konsumenten absolut unbedenklich.»

Manduca sexta stabbed by a spine
Aufgespiesst: Diese Raupe des Tabakschwärmers hat ihren Ausflug auf eine Futterquelle nicht überlebt. (Bild: Rupesh Kariyat / ETH Zürich)

Literaturhinweis

Kariyat RR, Hardison SB, De Moraes CM, Mescher MC. Plant spines deter herbivory by restricting caterpillar movement. Biology Lettres, published 10 May 2017. DOI: 10.1098/rsbl.2017.0176

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26.07.2017
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