Der Duft blühender Blumen und frischer Pflanzen ist ein entscheidender Faktor für das Überleben und die Evolution von Schmetterlingen und Nachtfaltern. Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung von WissenschaftlerInnen der Penn State zeigen, wie die täglichen Zyklen von Pflanzenaromen mit den Ernährungsgewohnheiten und der Evolution der Schmetterlinge (Lepidoptera) zusammenhängen.
In einer kürzlich in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B veröffentlichten Studie testete ein internationales Forschungsteam eine neue Hypothese darüber, warum einige Lepidoptera eine sehr spezifische Ernährung haben und sich nur von einigen wenigen Pflanzenarten ernähren, während andere weit weniger wählerisch sind.
Die neue, so genannte Salient-Aroma-Hypothese, besagt, dass die von Pflanzen abgegebenen Gerüche eine entscheidende Rolle dabei spielen, wie spezialisiert die Ernährung eines Schmetterlings oder Nachtfalters ist. Die Forschenden fanden heraus, dass die größere Verfügbarkeit von Pflanzenaromen während des Tages den tagaktiven Insekten mehr chemische Informationen liefert, die sie nutzen können, um bestimmte Wirtspflanzen zu finden und sich auf sie zu spezialisieren, während der Rückgang der Pflanzenaromen in der Nacht bedeutet, dass die nachtaktiven Lepidoptera nehmen müssen, was sie bekommen können.
„Diese Hypothese eröffnet eine neue Perspektive auf die Frage, warum manche Schmetterlinge und Motten wählerische Fresser sind und andere nicht“, sagt Po-An Lin, ein Assistenzprofessor an der National Taiwan University. „Es unterstreicht auch die entscheidende Rolle von pflanzlichen Duftstoffen bei der Gestaltung von Interaktionen zwischen Insekten und Pflanzen.“
Um festzustellen, ob der Pflanzenduft die evolutionäre Anpassung vorangetrieben haben könnte, untersuchten die Forschenden die primären Riechorgane der Insekten – die Fühler – und verglichen die Größe der Fühler von 582 Exemplaren aus 94 Schmetterlings- und Mottenarten. Demnach hatten weibliche Lepidoptera, die tagsüber aktiv sind, im Verhältnis zu ihrer Körpergröße tendenziell größere Fühler als solche, die nachts aktiv sind.
Dies könnte darauf hindeuten, dass eine bessere „Riech“-Ausrüstung vorteilhafter ist, wenn es mehr Gerüche zu entdecken gibt, erklärte Gary Felton, Ralph O. Mumma Professor für Entomologie an der Penn State, Mitautor der Studie und Lins Forschungsberater. Ebenso haben spezialisierte Lepidoptera-Weibchen – solche, die sich nur von wenigen Pflanzenarten ernähren – oft größere Antennen als generalistische Weibchen, möglicherweise, weil sie die spezifischen Aromen ihrer Wirtspflanzen sehr gut erkennen müssen.
„Die Beziehung zwischen der Antennengröße und der Breite der Wirtspflanzen war sehr stark“, sagte Felton. Größere Antennen werden mit einer größeren Anzahl von Sensillen, den am Geruchssinn beteiligten sensorischen Strukturen, in Verbindung gebracht, wodurch sich die Oberfläche für die sensorischen Rezeptoren vergrößert. Die größere Kapazität könnte eine Schlüsselanpassung dafür sein, wie sich bestimmte Lepidoptera entwickelt haben, um sich von einer begrenzten und spezifischen Auswahl an Pflanzen zu ernähren.
Die Ergebnisse deuten auf eine mögliche Verbindung zwischen der Verfügbarkeit von Pflanzenaromen während des Tages und einer evolutionären Investition in Geruchsstrukturen bei den Insekten hin, insbesondere bei den Weibchen, die ihre Eier auf Pflanzen ablegen und so eine Wirtspflanzenauswahl treffen. „Dieser Befund zeigt, wie die Verfügbarkeit von chemischen Signalen die Evolution der Sinnesorgane bei Insekten beeinflusst“, sagte er. „Es ist ein faszinierendes Beispiel dafür, wie Pflanzen durch ihre chemischen Emissionen eine direkte Rolle bei der Gestaltung der Evolution der Insekten gespielt haben, die auf sie angewiesen sind.“
Lin und seine Kollegen von der Penn State University untersuchten den Zusammenhang zwischen Pflanzenaromen und der Ernährung von Lepidopteren mit einer Kombination verschiedener Ansätze. Zunächst führten sie eine Meta-Analyse der vorhandenen wissenschaftlichen Literatur durch, um zu bestätigen, dass Pflanzen im Allgemeinen tagsüber vielfältigere und reichhaltigere flüchtige organische Verbindungen (Aromen) freisetzen als nachts. Dann untersuchten sie den Stammbaum der Lepidoptera, um die Beziehung zwischen den Aktivitätsmustern der Insekten – tag- oder nachtaktiv – und ihren bevorzugten Wirtspflanzen zu analysieren, wobei sie statistische Modelle verwendeten, die evolutionäre Beziehungen berücksichtigen.
„Unsere Analysen zeigten eine signifikante Korrelation zwischen der Tages- oder Nachtaktivität und der Vielfalt der Wirtspflanzenarten, die Lepidoptera konsumieren“, so Naomi Pierce, Professorin für Biologie an der Harvard University und Mitautorin der Studie. Die Forschenden fanden heraus, dass tagaktive Lepidoptera, wie z. B. Monarchfalter, mehr Möglichkeiten und spezialisierte Organe haben, um Pflanzenaromen zu erkennen, und sich daher zu wählerischen Fressern entwickelt haben. Nachtaktive Arten, wie der Polyphemfalter, treffen dagegen auf weniger und weniger unterschiedliche Pflanzenaromen. Da weniger eindeutige chemische Informationen zur Verfügung stehen, ist es für sie möglicherweise schwieriger, so wählerisch zu sein, was dazu führen könnte, dass sie sich allgemeiner ernähren und ein breiteres Spektrum an Pflanzen fressen.
„Pflanzenfressende Insekten wie Schmetterlinge und Motten müssen die richtigen Pflanzen finden, um sich zu ernähren und – im Falle der Weibchen – um ihre Eier abzulegen“, sagte Lin. „Dies ist eine wichtige Entscheidung, denn die Raupen sind für ihr Überleben vollständig von der ausgewählten Pflanze abhängig. Im Gegensatz zum Menschen, der eine Vielzahl von Nahrungsmitteln zu sich nimmt, um gesund zu bleiben, sind viele pflanzenfressende Insekten auf die Ernährung von nur wenigen Pflanzenarten spezialisiert. Die Salient-Aroma-Hypothese hilft zu erklären, warum manche Insekten hoch spezialisiert sind, während andere in ihrer Ernährung flexibler sind.“
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