Der Feldkäfer findet geeignete Wirtsbäume, indem er den Geruch seiner Pilzpflanze verfolgt

Der Alnus-Ambrosia-Käfer Xylosandrus germanus, auch bekannt als Schwarzstammkäfer, wurde Anfang des 20. Jahrhunderts versehentlich von Menschen aus seiner Heimat Ostasien nach Nordamerika und Europa eingeführt. X. germanus ist ein sogenannter Ambrosia-Käfer, was bedeutet, dass er seine eigene Nahrung züchtet, einen spezialisierten Pilzsymbionten, den er „sät“ und in den Galerien pflegt, die er in Holz gräbt. Der Ambrosia-Käfer ist ein zerstörerischer invasiver Schädling, von dem bekannt ist, dass er mehr als 200 Arten aus 51 Familien von Laub- und Nadelbäumen befällt. Während es totes Holz bevorzugt besiedelt, kann es auch geschwächte oder gestresste Bäume befallen und schließlich töten.

Ein bewährter Weg, Insektenschädlinge zu überwachen oder sogar zu kontrollieren, besteht darin, ihr Kommunikationssystem zu kapern und es zu manipulieren, um sie in die Falle zu locken. Es ist bekannt, dass sich Weibchen des Alnus-Ambrosia-Käfers auf einzelnen Bäumen ansammeln, was darauf hindeutet, dass sie chemische Signale verwenden, um einander zu finden und geeignete Bäume zu identifizieren. Nun haben Wissenschaftler diesen chemischen Code geknackt. Die Ergebnisse werden in veröffentlicht Grenzen in der Mikrobiologie.

„Hier zeigen wir, dass der Alnus-Ambrosia-Käfer während der Besiedlung von Baumwirten keine eigenen Pheromone produziert, sondern stattdessen die flüchtigen Verbindungen seiner eigenen Pilzsymbionten verwendet, um sich massenhaft zu aggregieren und möglicherweise Bäume zu töten“, sagte der leitende Autor der Studie, Dr. Peter Biedermann, Professor am Institut für Forstwirtschaft der Universität Freiburg in Deutschland.

Erster Nachweis von Aggregationspheromonen bei Ambrosia-Käfern

Erstautor Antonio Gugliuzzo, Ph.D. Student an der Abteilung für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt der Universität von Catania in Italien, fügte hinzu: „Dies ist der erste Beweis für die Existenz von Aggregationspheromone in Ambrosia-Käfern des Stammes Xyleborini.“

Wie alle Ambrosia-Käfer tragen die Weibchen von X. germanus ihre Pilzsymbionten in speziellen Taschen in ihrem Kopf. Die Autoren der Studie verwendeten molekulare Methoden, um die beiden häufigsten Symbionten zu kultivieren und zu identifizieren, als Ambrosiella grosmanniae, höchstwahrscheinlich die Hauptnahrungsquelle der Käfer, und eine unbekannte Art von Acremonium, die die Käfer fressen können oder nicht. Im Jahr 2020 fingen die Forscher verpaarte X. germanus-Weibchen in der Nähe von Freiburg und erlaubten ihnen, Galerien in einem künstlichen Medium auf Basis von Buchensägemehl zu graben, diese beiden Pilze zu züchten und ihre Nachkommen aufzuziehen.

Sie verwendeten diese Pilze dann als Köder in Zwei-Wahl-Experimenten in einem Apparat namens Ruheluft-Olfaktometer. Hier wurden X. germanus-Weibchen in eine Arena mit zwei Sackgassen gesetzt, um sie zu betreten und sich darin zu verstecken; zum Beispiel eine, die ein Isolat der beiden Symbionten A. grosmanniae und Acremonium sp. enthält, und eine andere mit einem Isolat eines nicht verwandten Pilzes, von dem erwartet wird, dass er für die Käfer unattraktiv ist – hier eine nicht charakterisierte Cladosporium-Art. Die Präferenz der Käfer würde von ihrer relativen Anziehungskraft auf mikrobielle flüchtige organische Verbindungen (MVOCs) abhängen, die von den Pilzen freigesetzt werden.

In einer Variante dieses Experiments wurden den Käfern zuvor gesunde Buchenäste, die mit verschiedenen Pilzen infiziert waren, als Wahlmöglichkeit präsentiert.

Käfer bevorzugen den Geruch von Symbionten und besiedelten Ästen

Die Ergebnisse zeigten, dass die Käfer am meisten von A. grosmanniae-MVOCs und am wenigsten von Cladosporium-MVOCs angezogen wurden und mehr von Zweigen, die bereits von A. grosmanniae besiedelt wurden, als von unbesiedelten Zweigen. Die Autoren schlussfolgern, dass X. germanus MVOCs, die von seinen beiden Symbiontenstämmen freigesetzt werden, als „Synomone“ verwendet – ein chemisches Signal, das sowohl dem Emitter als auch dem Empfänger zugute kommt.

„Besetzte Äste können den Käfern ein geeignetes Substrat für die Nahrungspilze signalisieren, auf die sie angewiesen sind. Diese Eignung ist wahrscheinlich ein heikles Gleichgewicht: Bäume brauchen spezifische Voraussetzungen, damit die Käfer den Pilz erfolgreich bewirtschaften können“, sagte Biedermann.

„Aber das ist keine zwingende Voraussetzung: Wenn ein Weibchen keine Artgenossen finden oder keine MVOCs entdecken kann, könnte es immer noch selbstständig einen neuen Ast besiedeln.“

Vielversprechender Weg zur biologischen Kontrolle

Diese Ergebnisse legen sofort ein neues Verfahren zur biologischen Kontrolle nahe.

„Jetzt, da wir wissen, dass die Pilze attraktive Flüchtige produzieren, können wir auf Basis dieser Verbindungen vielleicht neue Fangköder für die Käfer entwickeln“, sagt Biedermann.

„Darüber hinaus könnte die Verwendung spezifischer flüchtiger Verbindungen für Fangzwecke zur Entwicklung innovativer und selektiver Fangmethoden beitragen, die auf bestimmte Ambrosia-Käferarten abzielen, wodurch der Fang von Nichtziel-Arthropoden, die in derselben Umgebung leben, minimiert wird.“