Laut einer Studie beseitigt der oxidierende Schadstoff Ozon Paarungsbarrieren zwischen Fliegenarten

Insektenpheromone sind Geruchsmoleküle, die der chemischen Kommunikation innerhalb einer Art dienen. Sexualpheromone spielen bei der Paarung vieler Insekten eine entscheidende Rolle. Artspezifische Gerüche locken Männchen und Weibchen derselben Art an. Gleichzeitig wahren sie die natürlichen Grenzen zwischen den Arten.

Das Forschungsteam um Nanji Jiang, Bill Hansson und Markus Knaden von der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie hat zuvor gezeigt, dass erhöhte Ozonwerte die chemische Kommunikation innerhalb von Fliegenarten stark stören: Ozon bricht die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen auf kommt in den meisten Insektenpheromonen vor. Dies hat zur Folge, dass männliche Fliegen nicht mehr zwischen Weibchen und anderen Männchen unterscheiden können und daher beide Geschlechter umwerben.

In ihrer neuen Studie veröffentlicht in Naturkommunikationuntersuchten die Forscher, ob sich der Abbau von Sexualpheromonen durch Ozon auch auf die Paarungsgrenzen zwischen verschiedenen Arten auswirkt.

„Wir wollten insbesondere wissen, ob erhöhte Ozonwerte Paarungsgrenzen zwischen Arten aufheben und welche Folgen eine mögliche Hybridisierung hat.“ Aus früheren Experimenten wissen wir, dass Ozon die Partnerwahl bei Insekten stark stören kann.

„Unsere aktuelle Studie weist darauf hin, dass selbst leicht erhöhte Ozonwerte, wie sie heutzutage vielerorts an Sommertagen keine Seltenheit sind, dazu führen, dass Fliegen häufiger mit nahe verwandten Arten hybridisieren, was aufgrund der Unfruchtbarkeit der Fliegen zu einem Rückgang der Insektenpopulationen führen könnte.“ entstehenden Hybriden“, fasst Erstautor Nanji Jiang die Kernaussage der Studie zusammen.

Die Paarung zwischen den Arten findet bei erhöhten Ozonwerten statt

Für ihre Experimente wählten die Wissenschaftler vier Arten der Gattung Drosophila aus. Während Drosophila melanogaster und Drosophila simulans kosmopolitische Arten sind, die auf der ganzen Welt vorkommen, sind ihre Verwandten Drosophila sechellia und Drosophila mauritiana auf Inseln heimisch und kommen, wie der Name schon sagt, nur auf den Seychellen bzw. auf Mauritius vor.

Alle vier Arten verwenden sehr ähnliche Pheromone, mischen diese jedoch artspezifisch. Daher war es für das Forschungsteam von entscheidender Bedeutung, die quantitativen Veränderungen innerhalb der Pheromonmischungen nach der Ozonexposition messen zu können.

Bei den Paarungsversuchen wurden die Fliegen zwei Stunden lang Ozonkonzentrationen ausgesetzt, die in unseren Städten oft an besonders heißen Tagen gemessen werden. Die Wissenschaftler gaben paarungsbereiten Weibchen die Möglichkeit, zwischen einem Männchen derselben Art und einem Männchen einer anderen Art zu wählen.

Nach einigen Stunden trennten sie die Weibchen von den Männchen und ließen sie Eier legen. Um festzustellen, ob sich das Weibchen mit einem Männchen ihrer eigenen Art oder einer anderen Art gepaart hatte, analysierten die Forscher die Geschlechtsorgane der männlichen Nachkommen, da sich Arten und Hybriden anhand ihrer Morphologie unterscheiden lassen.

Die Ergebnisse dieser Tests zeigten, dass Hybridisierungen unter dem Einfluss von Ozon häufiger auftraten, während nur wenige Hybriden gefunden wurden, wenn die Fliegen zuvor nur der Umgebungsluft ausgesetzt waren.

Fruchtfliegen sind zur Paarung nicht nur auf chemische Signale angewiesen, sondern auch auf den Gesang artspezifischer Lieder, die sie durch Schwingungen ihrer Flügel erzeugen. Viele Arten nutzen auch visuelle Signale, um Paarungspartner anzulocken. Trotz dieser zusätzlichen „Hilfsmittel“ schienen erhöhte Ozonwerte einige der weiblichen Fliegen in der Studie daran zu hindern, zwischen Artgenossen und Männchen anderer Arten zu unterscheiden.

„Obwohl wir erwartet hatten, dass die Störung der Pheromonkommunikation durch Ozon zu einem leichten Anstieg der Hybriden führen würde, waren wir überrascht, als wir feststellten, dass einige Weibchen überhaupt nicht in der Lage waren, zwischen Artgenossen und Männchen anderer Arten zu unterscheiden, trotz anderer möglicher akustischer oder visueller Hinweise.“ “ sagt Bill Hansson, Leiter der Abteilung für Evolutionäre Neuroethologie.

Hybriden: Eine evolutionäre Sackgasse

Männliche Hybriden bei Fliegen sind normalerweise unfruchtbar oder zumindest weniger fruchtbar als Nicht-Hybriden. Männliche Hybridnachkommen sind daher für die Fliegen eine verlorene Investition und können zum Aussterben von Populationen beitragen. Im Gegensatz zu männlichen Hybriden sind weibliche Hybriden normalerweise fruchtbar und wurden in dieser Studie in einigen Fällen sogar von Männern bevorzugt. Weibliche Hybriden könnten daher eine Quelle für einen kontinuierlichen Genfluss sein, der langfristig zur Entstehung von Hybridarten führen könnte.

„Die Gattung Drosophila umfasst mehr als 1500 Arten, und es ist bekannt, dass mehr als 100 eng verwandte Artenpaare potenziell hybridisieren können. Es ist daher nicht unwahrscheinlich, dass eine durch Schadstoffe verursachte Hybridisierung bei einigen dieser Artenpaare zur Hybridartbildung führen könnte“, sagt er Knaden schätzt die Erfolgsaussichten einer solchen Hybridart ein.

Luftverschmutzung ist eine unterschätzte Bedrohung für Insekten

Insekten sind nicht nur bei der Partnerwahl auf Gerüche angewiesen. Zusätzlich zu Sexualpheromonen nutzen sie Aggregationspheromone, um Artgenossen beiderlei Geschlechts anzulocken oder Alarmpheromone, um bei Gefahr zu kommunizieren. Soziale Insekten wie Ameisen navigieren auf Pheromonspuren oder nutzen koloniespezifische Gerüche, um ihre Nestkameraden zu erkennen.

Viele dieser Geruchsmoleküle enthalten auch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, die durch Ozon aufgebrochen werden können. Die Wissenschaftler befürchten, dass Ozon in vielen Bereichen die chemische Kommunikation von Insekten stören könnte und wollen dies nun in weiteren Studien untersuchen, beispielsweise an Ameisen.

Außerhalb des Labors können andere oxidierende Schadstoffe wie Stickoxide, die aufgrund ihrer Toxizität nicht in Laborversuchen getestet werden können, die Wirkung von Ozon verstärken. Für diese Schadstoffe gibt es aufgrund ihrer schädlichen Wirkung auf den Menschen bereits Grenzwerte.

„Die Grenzwerte für Luftschadstoffe sollten neu bewertet werden, da bereits geringe Mengen dieser Stoffe einen erheblichen Einfluss auf die chemische Kommunikation von Insekten haben“, sagt Knaden. „Da wir derzeit mit einem dramatischen Rückgang der Insektenpopulationen hinsichtlich ihrer Gesamtbiomasse und ihrer Artenvielfalt konfrontiert sind, sollten wir versuchen, alle möglichen Faktoren, die diesen Rückgang möglicherweise begünstigen, besser zu verstehen und ihnen entgegenzuwirken.“