Die Fichte (Picea abies), die über viele Jahrzehnte hinweg der „Brotbaum“ der Holzwirtschaft war, ist durch jahrelange Trockenheit und hohe Temperaturen geschwächt. Der Anbau in Monokultur verschärfte das Problem: Der Große Achtzähnige Fichtenborkenkäfer (Ips typographus), auch Buchdrucker genannt, hatte leichtes Spiel. Der etwa vier bis fünf Millimeter lange Käfer verrichtet sein Zerstörungswerk jedoch nicht allein, sondern gemeinsam mit assoziierten Pilzen, die die Bäume ebenfalls befallen. Zahlen belegen die enormen Schäden, die Borkenkäfer verursachen. Im Waldzustandsbericht 2024 des Freistaats Thüringen wird der Borkenkäfer als größter Schadfaktor bezeichnet. Von 28 Millionen Festmetern Fichtenschadholz ist die Rede. Dies entspricht einem Anteil von 88 Prozent der Fichte am gesamten Schadholz in thüringischen Wäldern.
Die Abteilung Biochemie am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie untersucht, wie sich Fichten gegen Borkenkäfer und Pilze verteidigen, und wie die Insekten und ihre pilzlichen Verbündeten die Verteidigung der Bäume überwinden. In einer aktuellen Studie gingen die Forschenden insbesondere der Frage nach, warum die Fichten in ihrem klebrigen Harz eine so komplexe Mischung verschiedener Abwehrsubstanzen produzieren. Zur Beantwortung dieser Frage existierten bereits mehrere Hypothesen. Eine Hypothese besagt, dass sich pflanzliche Abwehrstoffe, die Insekten am wirksamsten bekämpfen oder von der Aufnahme pflanzlicher Nahrung abhalten, von solchen unterscheiden, die das Wachstum von Mikroorganismen hemmen.
Eine andere Hypothese geht davon aus, dass eine Kombination von Abwehrstoffen wirksamer ist als einzelne Substanzen. Allerdings gibt es bislang kaum Belege für diese beiden Hypothesen. Deshalb haben die WissenschaftlerInnen zwölf natürliche Abwehrstoffe, in diesem Fall Monoterpene als Hauptbestandteile im Fichtenharz, gegen ihre gefährlichsten Schädlinge getestet: den Borkenkäfer und die Pilze, die der Käfer mit sich trägt und die den Käferbefall fördern. Sie wollten herausfinden, ob Insekten und Pilze unterschiedlich auf die einzelnen Substanzen reagieren und ob Mischungen dieser Abwehrstoffe besser vor Borkenkäfern und Pilzen schützen als einzelne Substanzen.
In Experimenten, in denen die Wirkung unterschiedlicher einzelner Monoterpene sowie Mischungen derselben auf Borkenkäfer und drei verschiedene Pilze getestet wurde, konnte das Forschungsteam zeigen, dass die für Borkenkäfer giftigen Monoterpene in der Regel nicht jene sind, die auch das Pilzwachstum hemmen – und umgekehrt. Mit anderen Worten: Monoterpene, die Borkenkäfer abwehrten, wirkten nicht gegen Pilze, während pilzhemmende Monoterpene auf Borkenkäfer keinen negativen Effekt hatten. Verblüffend für die Forschenden war auch, dass die am weitesten verbreiteten Monoterpene in Fichten nur mäßig wirksam gegen Käfer und zwei der drei Pilze waren, während die bioaktivsten Monoterpene nur in sehr geringen Mengen in Fichten nachweisbar waren. Gleichzeitig konnten die WissenschaftlerInnen feststellen, dass Mischungen aus Monoterpenen wirksamer gegen Borkenkäfer und zwei der drei getesteten Pilze waren als die einzelnen Monoterpene. Die Ergebnisse liefern somit erstmals eine schlüssige Erklärung dafür, warum chemische Mischungen in der Natur so häufig vorkommen.
Die neuen Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung natürlicher Pestizide helfen. So könnten Monoterpene, deren Giftwirkung auf den Borkenkäfer besonders groß ist, auf die Baumrinde aufgetragen werden, wo die Borkenkäfer landen und anschließend anfangen, sich in die Rinde zu bohren. Auch das Wissen, dass Mischungen wirksamer sind als Einzelverbindungen, ist wichtig für die Entwicklung neuer Pflanzenschutzmittel. Da Pflanzen aufgrund des Klimawandels einem stärkeren Stress ausgesetzt sind, könnte dies wiederum die Wirksamkeit ihrer Abwehrstoffe gegen Käfer und Pilze verändern. „Wenn wir die Funktionsweise der pflanzlichen Abwehrkräfte verstehen, können wir besser vorhersagen, wie die Pflanzen mit künftigen Klimaszenarien zurechtkommen, und Strategien zum Schutz der Ökosysteme entwickeln“, sagt Dineshkumar Kandasamy, einer der HauptautorInnen.
Originalpublikation
Zaman, R., Jain, A., Hammerbacher, A., Gershenzon, J., Kandasamy, D. (2025). Both synergism and interaction diversity explain the mixtures of defensive monoterpenes in spruce oleoresin. Functional Ecology, DOI: 10.1111/1365-2435.70077
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