Wespen nutzen die Kraft von Kannenpflanzen in der allerersten Verteidigungsstrategie

Wie das Sprichwort sagt: „Wenn das Leben dir Zitronen gibt, verwandle diese Säure in kleine durchscheinende Bällchen, in denen du deine Jungen heranziehen kannst.“ So lautet zumindest das Sprichwort für ein winziges Insekt namens Cynipid-Wespe, dessen Larven kürzlich entdeckt wurden, die Pflanzenwucherungen hervorrufen, die Gallen genannt werden und einen ähnlichen Säuregehalt wie Zitronen enthalten.

„Das ist aufregend, weil es ein neuartiges Verteidigungssystem darstellt, eines, das wir noch nie zuvor gesehen haben“, sagte Antoine Guiguet, ein Entomologe an der Penn State und Hauptautor eines heute (1. März) in veröffentlichten Artikels über die Entdeckung Biologie Briefe.

Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass die meisten Cynipid-Wespenarten Chemikalien in Blätter injizieren, um Eichen dazu zu bringen, schützende Gallen – oder Wucherungen – um ihre Larven zu produzieren, um die Sicherheit ihrer sich entwickelnden Nachkommen zu gewährleisten. Die Galle beherbergt und ernährt die Insekten während ihrer Larvenentwicklung und hat eine Verteidigungsfunktion, um natürliche Feinde abzuwehren. Die Gallen fallen schließlich vom Baum und die Wespenlarve frisst sich heraus und lässt die kleinen Kugeln zurück, die auf dem Waldboden zerfallen.

All diese Arbeit erfordert Chemie, und bis vor kurzem waren die wichtigsten Abwehrstoffe, die in Gallen identifiziert wurden, Tannine, die sich auf der Oberfläche der Galle ansammeln und Schäden durch Pflanzenfresser verhindern, die sich von der Galle ernähren könnten. Tatsächlich ist der Tanningehalt in Eichengallen so hoch, dass sie, wenn sie zerkleinert und in Wasser eingeweicht werden, eine dunkelbraune Flüssigkeit bilden, die die Basis einer langlebigen Tinte bildet – Tinte, die einst verwendet wurde, um die US-Unabhängigkeitserklärung zu schreiben. Verfassung und Bill of Rights.

„Es ist so faszinierend, weil dies ein Tier ist, das Chemie einsetzt, um eine Pflanze zu zwingen, ihr Gebot abzugeben“, sagte John Tooker, Professor für Entomologie an der Penn State und Mitautor der Studie. „Es ist wirklich eine parasitäre Manipulation. Das Insekt bringt die Pflanze dazu, genau die Nahrung herzustellen, die sie braucht, was die Ernährungshypothese erklärt, warum sich Gallen entwickelt haben, aber zweifellos muss es mit einem Verteidigungsaspekt kombiniert werden, denn wenn Sie eine gute Nahrung haben Quelle, andere Dinge werden es essen wollen.“

In ihrer Studie deckten die Forscher eine möglicherweise neuartige Manipulation der Wirtspflanzenchemie in der durchscheinenden Eichengalle auf, bei der die Wespe den pH-Wert im Inneren ihrer sich entwickelnden Galle auf den Säuregehalt senkte, der von Kannenpflanzen verwendet wird.

„Wir wissen, dass ein so niedriger pH-Wert bei Pflanzen im Allgemeinen selten ist“, sagte Taker. „Und der pH-Wert, den wir gemessen haben, war nahe an der sauren Natur einer Kannenpflanze, die ungefähr der einer Zitrone entspricht. Wir vermuten, dass dies die Rolle der Verteidigung ist. Alles, was sich dort langweilen möchte, würde abgeschreckt werden.“ durch diese saure Umgebung.“

Die Forscher untersuchten den Gehalt an organischen Säuren in der durchscheinenden Eichengalle und verglichen sie mit Früchten und anderen Gallen mittels Massenspektrometrie, einer Analysetechnik, die zur Untersuchung chemischer Substanzen verwendet wird. Sie fanden heraus, dass Apfelsäure, eine Säure, die besonders häufig in Äpfeln vorkommt, 66 % der in den Gallen nachgewiesenen organischen Säure ausmacht. Die Apfelsäurekonzentration war doppelt so hoch wie in anderen Gallen – und doppelt so hoch wie in Äpfeln. Sie fanden auch heraus, dass der pH-Wert der Galle zwischen 2 und 3 lag, was sie zu einem der niedrigsten pH-Werte machte, die in Pflanzengeweben gefunden wurden.

„Apfelsäure ist ein grundlegender Bestandteil des Zellstoffwechsels, daher ist sie in der Eiche, in allen pflanzlichen und tierischen Zellen, nur in geringer Konzentration vorhanden“, sagte Guiguet. „Das Erstaunliche ist, dass diese Wespe in der Lage ist, ihre Ansammlung im Speicherfach in Pflanzenzellen, einer sogenannten Vakuole, zu induzieren.“

Mit einem pH-Wert unter 3 gehört die durchscheinende Eichengalle zu den sauersten Pflanzengeweben, die bisher gemessen wurden. Bis zu dieser Entdeckung war bekannt, dass nur Gewebe von Zitrusfrüchten zu dieser extremen Säure fähig sind, erklärte er

Die Forscher gehen davon aus, dass die Wespe saure Gallen als alternative Strategie zur Ansammlung von Tannin entwickelt haben könnte, die in den meisten anderen Eichengallen beobachtet wird. Wie bei Tanninen könnte ein niedriger pH-Wert die Effizienz der Proteinverdauung bei Insekten verringern, da die Hinterdärme von Raupen stark alkalisch sind, sagten sie.

Aber im Gegensatz zu Tanninen könnten sich saure Umgebungen auch gegen Parasitoidwespen, die Hauptfeinde von Cynipid-Wespen, als wirksam erweisen, da sie das Gewebe des nadelartigen Organs abbauen können, das Arten weiblicher Parasitoidwespen verwenden, um Eier in die Galle einzuführen.

„Der molekulare Mechanismus, durch den Cynipid-Wespen Gallen auslösen, bleibt ein Rätsel“, sagte Guiguet. „Nun haben wir dieses Mysterium erweitert, indem wir gezeigt haben, dass sie sich mit der Fähigkeit entwickelt haben, den pH-Wert zu verändern.“