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Riechhirn steuert direkt das Verhalten

Nachtfalter: Futtersuche oder Eiablage

| Autor / Redakteur: Angela Overmeyer* / Marc Platthaus

Pflanzliche Düfte bewirken unterschiedliche Aktivierungsmuster im Antennallobus von weiblichen Tabakschwärmern, dem Riechhirn von Insekten. Dabei kann durch die Reizung bestimmter Untereinheiten im Antennallobus (Glomeruli) unterschiedliches Verhalten ausgelöst werden (orange: Futtersuche, grün: Eiablage).
Pflanzliche Düfte bewirken unterschiedliche Aktivierungsmuster im Antennallobus von weiblichen Tabakschwärmern, dem Riechhirn von Insekten. Dabei kann durch die Reizung bestimmter Untereinheiten im Antennallobus (Glomeruli) unterschiedliches Verhalten ausgelöst werden (orange: Futtersuche, grün: Eiablage). (Bild: MPI f. chemisch Ökologie/ Sonja Bisch-Knaden)

Was passiert im Gehirn von Insekten, wenn sie bestimmten Gerüchen ausgesetzt sind? Für Weibchen des Tabakschwärmers bedeuten unterschiedliche Gerüche beispielsweise Futteraufnahme oder Eiablage, wie Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie nun untersucht haben. Sie setzten dazu die Insekten 80 ökologisch relevanten Umgebungsdüften aus und untersuchten deren Verhalten.

Jena – Als nachtaktive Falter müssen sich Tabakschwärmer (Manduca sexta) auf ihren ausgeprägten Geruchssinn verlassen, der sie zu ihren Futterquellen führt: nektarhaltigen Blüten. Gestärkt von der Nahrungsaufnahme legen die Weibchen ihre Eier ab. Während die Nachtfalter in den duftenden Blüten verschiedener Pflanzen nahrhaften Nektar finden, gedeihen die Raupen der Tabakschwärmer jedoch nur auf Nachtschattengewächsen wie dem Tabak. Für die Eiablage verlassen sich die Weibchen ebenfalls auf den Geruchssinn.

Ein Team von Forschern der Abteilung Evolutionäre Neuroethologie um Sonja Bisch-Knaden hat jetzt untersucht, ob es bereits auf der ersten Duftverarbeitungsstufe im Gehirn der weiblichen Tiere, dem so genannten Antennallobus, erkennbare Muster gibt, die auf Futtersuche oder Eiablage schließen lassen.

Duftspezifische Aktivitätsmuster im Riechhirn

Die Wissenschaftler haben die Reaktionen des Riechhirns lebender Nachtfalter auf 80 für die Tabakschwärmer wichtige pflanzliche Duftstoffe analysiert. Sie haben dafür die Konzentration von Kalzium-Ionen in den Nervenzellen gemessen und deren Aktivität als Reaktion auf unterschiedliche Düfte sichtbar gemacht.

Auf diese Weise wollten sie herausfinden, wie die so genannten olfaktorischen Glomeruli auf die verschiedenen Düfte reagieren. Diese Glomeruli sind kugelförmige Gebilde im Antennallobus von Insekten und gelten als primäre Untereinheiten des Riechhirns. Wird die Antenne eines Falters durch verschiedene Düfte gereizt, werden jeweils unterschiedliche Glomeruli aktiv. Diese duftspezifischen Aktivitätsmuster sind bei allen Faltern derselben Art sehr ähnlich. „Mithilfe von diagnostischen Düften, mit denen wir jedes einzelne Insekt reizten, erstellten wir zunächst eine funktionelle Landkarte des Antennallobus. So konnten wir zwei Drittel der sichtbaren olfaktorischen Glomeruli in jedem Tier identifizieren und danach deren Reaktion auf ein großes Set von Düften untersuchen“, erläutert Studienleiterin Sonja Bisch-Knaden.

Experimente im Windkanal

Die Forscher testeten anschließend die 80 Düfte in Verhaltensexperimenten mit Tabakschwärmerweibchen im Windkanal. Die Tiere werden dabei von Düften auf Filterpapier angezogen und versuchen je nach Duft, an dem Filterpapier zu trinken oder darauf Eier abzulegen. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler die Aktivität im Riechhirn, die von einzelnen Düften ausgelöst wurde, mit dem Verhalten vergleichen, das diese Düfte bewirken. Dabei beobachteten sie Erstaunliches: „Wir hatten nicht erwartet, dass einzelne chemische Komponenten genauso attraktiv für futtersuchende Falter sein können wie ein komplexes Blütenbouquet. Da wir hungrige jungfräuliche Weibchen mit bedufteten weißen Filterpapieren testeten, rechneten wir außerdem nur mit Futtersuchverhalten. Wir waren daher erstaunt, dass die Tiere bei einigen wenigen Düften Eier an das Filterpapier legten, auch wenn diese natürlich unbefruchtet waren“, fasst Sonja Bisch-Knaden die Beobachtungen zusammen.

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