Selektives Riechen von Nachtfaltern Navigation per Duft – wie Tabakschwärmer ihr Ziel finden

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Was wir mit den Augen schaffen, machen Tabakschwärmer mit ihren Geruchsantennen: Sie suchen sich zielstrebig den Weg zum Ort ihres Interesses. Wie die Düfte sie dabei steuern, haben Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in einer kontrollierten Umgebung experimentell untersucht.

Jena – Als Nachtfalter sind Tabakschwärmer (Manduca sexta) v. a. auf ihren Geruchssinn angewiesen. Der führt sie zuverlässig zu Blüten mit nährreichem Nektar oder einer Wirtspflanze, auf der sie ihre Eier ablegen können. Ein Team von Wissenschaftlern hat sich jetzt mit der Frage beschäftigt, wie diese Insekten in der Lage sind, in einer natürlichen Umgebung die für sie wichtigen von den zahlreichen unwichtigen Düften zu unterscheiden.

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Denn obwohl die für den Tabakschwärmer lebenswichtigen Pflanzen nur sehr spärlich anzutreffen sind, schaffen es die Falter dennoch scheinbar mühelos, ihre Ziele zwischen den vielen anderen Pflanzen zu finden. „Wir wollten wissen, ob das Geruchssystem schwache Düfte herausfiltern kann, wenn sie den Faltern Hinweise auf Nahrung oder Eiablageplätze liefern,“ sagt Sonja Bisch-Knaden, die Hauptautorin der Studie. Außerdem interessierten sich die Forscher dafür, ob Tabakschwärmer-Weibchen, die bereits verpaart sind, für Blütendüfte weniger empfänglich sind und sich eher für die Düfte von Blättern interessieren, die für die Eiablage in Frage kommen. Dieses Phänomen ist bei anderen Faltern wie der Baumwolleule (Spodoptera littoralis) beobachtet worden.

Düfte sammeln in der Nacht

Für ihre Experimente sammelten die Wissenschaftler Düfte aus dem natürlichen Lebensraum der Tabakschwärmer im US-amerikanischen Bundesstaat Arizona, die in früheren Studien als wichtige Nektarquellen für die Falter oder Nahrungspflanzen für die Raupen beschrieben worden waren. Zu den Proben gehörten beispielsweise Blütendüfte von Agaven, Wilder Wunderblume oder Stechapfel. Aber auch die Düfte von verschiedenen Nachbarpflanzen wurden gesammelt, um möglichst viele Düfte, mit denen Tabakschwärmer in ihrem natürlichen Lebensumfeld konfrontiert sind, in die Untersuchungen einzuschließen.

Dabei achtete das Team darauf, Düfte aus der natürlichen Pflanzengemeinschaft zu sammeln, die bereits von Tieren angefressen oder durch den Wuchs benachbarter Pflanzen beeinträchtigt waren. Außerdem wurden die Düfte nur nachts, also dann, wenn auch die Tabakschwärmer aktiv sind, gesammelt. Auf diese Weise wollten die Forscher dem natürlichen Zustand der Düfte, so wie ihn die Falter nachts erleben, möglichst nahekommen. Insgesamt wurden die nächtlichen Duftabgaben von 17 verschiedenen Pflanzen in den Experimenten verwendet.

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Anschließend wurde die Wahrnehmung dieser Düfte auf der Ebene der Antenne, also dem Geruchsorgan der Falter, und dem Gehirn untersucht. Dafür führte das Team um Hauptautorin Bisch-Knaden Experimente mit jungfräulichen und verpaarten Tabakschwärmerweibchen durch. Bei den physiologischen Untersuchungen wurde die elektroantennografische Erfassung der Antennenaktivität mit einem Gaschromatographen gekoppelt, der einzelne Duftkomponenten aus den Probengemischen analysierte. Außerdem wurden mittels Calcium-Imaging die Aktivitätsmuster der duftverarbeitetenden Neuronen im Hirn von Tabakschwärmern sichtbar gemacht, die verschiedenen Düften ausgesetzt worden waren.

„Die wichtigsten Nektarquellen, wie Agaven- und Stechapfelblüten, geben einen starken Duft ab, auf den die Antenne und das Gehirn von Tabakschwärmerweibchen auch stärker als auf jeden anderen Duft reagieren – hier scheint die Identifikation des Blütendufts einfach zu sein“, sagt Bisch-Knaden. Anspruchsvoller ist allerdings das Auffinden einer geeigneten Eiablagestelle für die Weibchen.

Die Mischung führt zum Ziel

Die Raupen von Tabakschwärmern sind auf sehr wenige Wirtspflanzen spezialisiert, darunter die Blätter des Stechapfels Datura wrightii und des Teufelshorns Proboscidea parviflora (benannt nach den gehörnten Samenkapseln). Diese Pflanzen kommen im natürlichen Lebensraum der Tabakschwärmer nur sehr vereinzelt vor. Die Düfte, die von diesen Wirtspflanzen abgegeben werden, enthalten keine besonderen, für sie charakteristischen Moleküle. Sie setzen sich stattdessen aus Duftkomponenten zusammen, die auch in unzähligen benachbarten Pflanzenarten zu finden sind. Damit die Nachtfalter ihre Eiablagepflanzen treffsicher finden, müssen sie also das pflanzentypische Mischungsverhältnis der Düfte erkennen.

Womöglich helfen aber nicht nur die Duft-Mixe ihrer eigenen Wirtspflanzen beim Auffinden der Eiablage-Orte, sondern auch die Düfte der Wirtspflanzen anderer Schwärmerarten. Auf diese reagierten Tabakschwärmerweibchen nach der Verpaarung in Experimenten sogar stärker als vor der Verpaarung. „Wir haben diesen Befund als eine Art Stoppsignal für die Eiablage interpretiert“, erklärt Bisch-Knaden. „Jetzt wäre es interessant zu untersuchen, wie die Aktivitätsmuster im Gehirn der anderen Schwärmerarten aussehen, wenn sie mit denselben Pflanzendüften stimuliert werden, die aber eine andere Bedeutung für das untersuchte Tier haben.“

Originalpublikation: Bisch-Knaden, S., Rafter, M. A., Knaden, M., Hansson, B. S.: Unique neural coding of crucial versus irrelevant plant odors in a hawkmoth, eLife, (2022); DOI: 10.7554/eLife.77429

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