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Drosophila melanogaster Fettsäuremethylester bringt Taufliegen zum Sex

| Autor / Redakteur: Angela Overmeyer* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Wie steuert die Natur das Sexualverhalten? Ob Männchen und Weibchen paarungswillig sind, ist abhängig von Lockstoffen, den so genannte Phermonen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie identifizierten jetzt den Fettsäuremethylester Methyllaurat als entscheidendes Sexualpheromon der Taufliege Drosophila melanogaster.

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Schwarzbäuchige Taufliegen (Drosophila melanogaster) bei der Paarung auf einer Kiwi. Das Pheromon Methyllaurat löst bei der männlichen Fliege das Balzverhalten aus und ist für den Paarungserfolg ausschlaggebend.
Schwarzbäuchige Taufliegen (Drosophila melanogaster) bei der Paarung auf einer Kiwi. Das Pheromon Methyllaurat löst bei der männlichen Fliege das Balzverhalten aus und ist für den Paarungserfolg ausschlaggebend.
(Bild: Anna Schroll)

Jena – Die Taufliege Drosophila melanogaster ist eines der am besten erforschten Lebewesen. Seit Jahrzehnten dient sie als Modellorganismus der Genetik, ihr Genom wurde im Jahr 2000 vollständig sequenziert. Dennoch war es Forschern bislang nicht gelungen, das spezifische Pheromon dieser Taufliegenart nachzuweisen, das zum Paarungserfolg führt. Zwar waren die Pheromone bekannt, die Paarung unterdrücken, nicht jedoch die Sexuallockstoffe, die Balzverhalten und infolgedessen Paarung auslösen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie konnten jetzt ein vergleichsweise einfaches Molekül identifizieren, das nichtsdestotrotz in der Lage ist, das komplexe Paarungsverhalten der Taufliegen zu steuern. Es handelt sich um den Fettsäuremethylester Methyllaurat. Der erfolgreiche Nachweis gelang durch die Kombination von modernsten chemischen Analyseverfahren, physiologischen Messungen im Fliegenhirn und Verhaltensexperimenten.

Was löst bei Taufliegen das Paarungsverhalten aus?

Pheromone sind Botenstoffe, die Information von Individuen einer Art an ihre Artgenossen übermitteln. Neben so genannten Aggregationspheromonen, die eine Versammlung von Insekten derselben Art initiieren, oder Alarmpheromonen, die Artgenossen vor drohenden Gefahren warnen, sind vor allem die Sexualpheromone bekannt. Insektenweibchen geben diese als Sexuallockstoffe ab, die eine anziehende Wirkung auf potenzielle Paarungspartner haben. Ende der 50er Jahre wurde mit dem Sexuallockstoff des Seidenspinnerweibchens, Bombykol, erstmals ein solches Pheromon identifiziert und in seiner Wirkung nachgewiesen.

In zahlreichen weiteren Insektenarten konnten die Sexuallockstoffe identifiziert werden. Pheromone werden beispielsweise erfolgreich in der Schädlingsbekämpfung eingesetzt, indem man den weiblichen Lockstoff nutzt, um Männchen in die Falle zu locken. Ausgerechnet bei der extrem gut erforschten Taufliege Drosophila melanogaster fehlte jedoch bisher der Nachweis eines Pheromons, das Männchen anlockt und Paarungsverhalten auslöst.

Die Forscher um Hany Dweck, Markus Knaden und Bill Hansson aus der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie mussten in ihren Untersuchungen zunächst einen Fehlschlag hinnehmen. In der Annahme, dass der Duft jungfräulicher Fliegenweibchen für Männchen besonders attraktiv ist, suchten sich in erster Linie nach Düften, die nur bei unverpaarten Weibchen vorkommen. Allerdings trugen die Untersuchungen nicht dazu bei, den Duft zu identifizieren, der ausschlaggebend für die Paarung war. Physiologische und genetische Daten gaben jedoch Hinweise darauf, dass die Fliegen einen Neuronentyp besitzen, der auf ein Paarungssignal spezialisiert ist und auf eine ganz bestimmte, bislang unbekannte Substanz aus der Sammlung von Fliegendüften reagiert. Fehlt diese Sinnesnervenzelle, die den spezifischen Geruchsrezeptor Or47b aktiviert, ist der Paarungsdrang der Männchen gebremst. Hany Dweck begann daher, Düfte von Tausenden von Taufliegen zu sammeln, von jungfräulichen und verpaarten Weibchen, aber auch von Männchen.

Duftkomponenten wurden mit Thermodesoprtions-GC-MS analysiert

Für die Analyse der Einzelduftkomponenten konnte er die neue Technik der Thermischen Desorptions-GC-MS anwenden. Diese Kombination von GC und Massenspektrometrie (MS) macht sich darüber hinaus die thermische Desorption zunutze, mit deren Hilfe auch kleinste Mengen flüchtiger Substanzen gemessen und identifiziert werden können. Anschließend testete er mithilfe von physiologischen Messungen an der Fliegenantenne alle identifizierten Verbindungen auf ihre Fähigkeit, die pheromonspezifische Sinnesnervenzelle zu aktivieren. Von allen getesteten flüchtigen Verbindungen, die Taufliegen an ihre Umgebung abgeben, löste nur eine einzige eine starke Reaktion dieses Neurons aus: Methyllaurat, eine Substanz mit einer relativ einfachen Molekülstruktur, wie Analysen ergaben. „Als Chemiker waren wir fast enttäuscht, dass ein Molekül, das so etwas Wichtiges wie Sex vermittelt, eine so simple Struktur hat,“ sagt Aleš Svatoš, der die chemischen Analysen zur Identifizierung des Pheromons vorgenommen hat.

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