Von invasiven Raupen befallene Bäume entwickeln Abwehrmechanismen, die einheimischen Insekten schaden können, wie Untersuchungen zeigen

Ein invasives Insekt mit unersättlichem Appetit kann einer einheimischen Motte, die dieselbe Nahrungsquelle bevorzugt, ernsthafte Probleme bereiten – obwohl die beiden nie in direkter Konkurrenz um eine Mahlzeit stehen, wie neue Forschungsergebnisse zeigen. veröffentlicht im Journal Ökologie und Evolutionvon Ökologen der University of Wisconsin–Madison.

Seit Anfang der 2000er Jahre haben die aus Europa importierten Raupen des Schwammspinners in Wisconsin ihre Geschmacksmuskeln spielen lassen, indem sie im späten Frühjahr und frühen Sommer in bemerkenswert zerstörerischen Fressorgien ganze Baumbestände von ihren Blättern befreiten. Während die Schwammspinnerplage mal zunimmt und mal abnimmt, können die Raupen scheinbar aus heiterem Himmel in beträchtlicher Zahl auftauchen.

Dies war 2021 der Fall, als Rick Lindroth, emeritierter Professor für Entomologie, und Mitglieder seines Labors in einen Forschungswald aus Zitterpappeln wanderten, den Lindroth 2010 nur wenige Kilometer von der UW-Madison entfernt an der Arlington Agricultural Research Station der Universität gepflanzt hatte. Das Team freute sich darauf, mit der geplanten Forschung zu beginnen, nachdem ein Großteil der Feldarbeitssaison 2020 durch die COVID-Pandemie verloren gegangen war.

„Überall waren schwammige Motteneiermassen“, sagt Lindroth. „Wir wollten mit einigen Experimenten beginnen, aber es gab zu viele invasive Insekten, um weiterzumachen. Es gab keine Möglichkeit, sie zu entfernen. Wir dachten, wir wären verloren.“

Durch einen glücklichen Zufall, sagt Lindroth, hatte sein Labor in jenem Sommer ein zusätzliches Paar Hände: Patricia Fernandez, eine Ökologin und Professorin, die mit einem Fulbright-Stipendium von der Universität von Buenos Aires zu Besuch war. Lindroth und Fernandez entwickelten einen neuen Forschungsplan. Sie wussten, dass die Raupen des Schwammspinners wahrscheinlich jedes Blatt an ihren Bäumen fressen würden, also warum nicht die Folgen untersuchen?

Ein Aspekt von Lindroths früherer Arbeit war die Untersuchung, wie unterschiedliche genetische und Umweltfaktoren die Art und Weise beeinflussen, wie sich Pflanzen gegen Angriffe verteidigen. Die Forscher fragten sich, ob die Abwehrkräfte einer Espe – die sie gegen plündernde, invasive Schwammspinnerraupen einsetzen – einheimischen Arten ungewöhnlichen Schaden zufügen könnten, die sich so entwickelt haben, dass sie sich von Bäumen ernähren, die über ein Mindestmaß an chemischem Schutz verfügen.

„Jede Wildpflanze verteidigt sich über eine Reihe von Mechanismen gegen eine Reihe von Pflanzenfressern, und die Chemie ist einer der wichtigsten“, sagt Lindroth. „Espenbäume – wie ihre Verwandten, die Weidenbäume – produzieren eine Reihe von salicylatähnlichen Verbindungen, die Aspirin ähneln und als Gifte wirken, um die Bäume vor vielen Insekten zu schützen.“

Da die Raupe des Schwammspinners ihren Blätterfressrausch relativ früh in der Wachstumsperiode der Espe beendet, produzieren die entlaubten Bäume einen zweiten Blattschub, um genügend Energie zu gewinnen, um den Winter (wenn auch nicht unbedingt ein Gedeihen) zu überstehen und bis ins nächste Wachstumsjahr hinein zu überleben.

Wie erwartet, erschien Anfang Juli auf Lindroths Waldstück ein zweites grünes Blätterdach. Doch die zweite Blätterernte unterschied sich in mindestens einem wichtigen Punkt.

„Diese Bäume hatten ihre Abwehrkräfte hochgefahren“, sagt Lindroth. „Bis zur Sommermitte bildeten sie ein völlig neues Blattwerk, das im Durchschnitt eine achtmal höhere Konzentration an Abwehrchemikalien aufwies.“

Zu dieser Zeit verpuppen sich die Raupen des Schwammspinners und verwandeln sich in Motten. Doch im Hochsommer schlüpfen die Raupen des auffälligen, heimischen Polyphemus-Spinners – des zweitgrößten Nachtfalters Nordamerikas – und versuchen, ihre eigenen knurrenden Mägen zu füllen.

In ihrem Labor fütterten die Forscher einige Polyphemus-Raupen mit Blättern von dem von Schwammspinnern befallenen Grundstück und andere Polyphemus-Raupen mit Blättern aus einem von Schwammspinnern unberührten Espenbestand (obwohl dieser nur 6 Kilometer entfernt wuchs).

Weniger als 18 Prozent der einheimischen Mottenraupen, die sich von den stark gifthaltigen Blättern ernährten, die der Schwammspinner hinterlassen hatte, überlebten. Bei den Polyphemus-Raupen, die sich von den unbeschädigten Bäumen ernährten, war die Wahrscheinlichkeit, das nächste Lebensstadium zu erreichen, etwa viermal so hoch.

„Wir erleben, wie eine invasive Art einer einheimischen Art – einem geschätzten, charismatischen, wunderschönen Nachtfalter – schadet, indem sie die Qualität seiner Futterpflanze verändert. Ohne dass die beiden jemals aufeinander treffen“, sagt Lindroth.

„In diesem Punkt ist diese Studie einzigartig. Sie legt nahe, dass der Blattverlust durch eine invasive Art Auswirkungen auf eine ganze Gemeinschaft anderer Organismen haben könnte, weil die Abwehrkräfte der Pflanzen gegen Giftstoffe zunehmen. Diese Forschung hat einen weiteren Faktor identifiziert, der möglicherweise zum weltweiten Rückgang der Insekten beiträgt.“

Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass durch die Umleitung von Ressourcen zur Produktion chemischer Abwehrstoffe das Wachstum der Bäume im Vergleich zu normalen Jahren abnimmt. Dies wiederum beeinträchtigt die Fähigkeit der Wälder, ihre Holzmasse zu erhöhen und Kohlenstoff auf eine Weise zu binden, die den Klimawandel abmildert.

„Die Espe ist die am weitesten verbreitete Baumart in Nordamerika“, sagt Lindroth.

„Mit jedem Atemzug sind Sauerstoffmoleküle enthalten, die von Espenbäumen produziert wurden. Es handelt sich um eine sehr wichtige Waldart, und es ist erstaunlich zu sehen, welche Auswirkungen ein invasives Insekt auf die Waldgemeinschaft hat, indem es die Toxizität der Nahrungslandschaft verändert.“