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Drittmittelprojekt

Titel:
Mechanische Wirkung auf laufende Insekten

Projektleitung an der Universität Würzburg:

Kurzbeschreibung:
Die Sprossachsen vieler Ameisenpflanzen der Gattung Macaranga (Euphorbiaceae) sind dicht mit epikutikulären Wachskristallen besetzt. Symbiontische Ameisenarten können auf diesen senkrechten Oberflächen haften und laufen. Generalistische Insektenarten rutschen dagegen auf den Kristallen aus und bleiben deshalb von den oberen Pflanzenteilen ausgeschlossen. Die epikutikulären Wachskristalle fungieren somit als selektive Barriere, um angepasste Ameisenpartner der Macaranga-Pflanzen vor der Konkurrenz durch andere Ameisenarten zu schützen [http://www.biozentrum.uni-wuerzburg.de/zoo2/federle/federle.html].

Bereifte Macaranga-Oberflächen weisen eine ausgeprägte Feinstruktur mit einem dichten Gewebe aus fadenförmigen epikutikulären Wachskristallen auf, während auf nicht bereiften Macaranga-Oberflächen keinerlei vergleichbare Strukturen erkennbar sind. Die chemische Analyse der kutikulären Lipide von 16 Macaranga-Arten (Abb. 12) zeigte, dass das Auftreten epikutikulärer Wachskristalle streng mit hohen Anteilen (52 - 88%) von pentazyklischen Triterpenoiden korreliert ist. Im Gegensatz dazu enthielten die epikutikulären Wachse glatter Macaranga-Oberflächen keine bzw. vergleichsweise geringe Triterpenoidanteile (maximal 36%). Daraus kann geschlossen werden, dass die fadenförmigen Wachskristalle auf Macaranga-Oberflächen aus pentazyklischen Triterpenoiden bestehen. Bei allen untersuchten myrmecophytischen Macaranga-Arten werden die Kristalle aus Epitaraxerol und Taraxeron gebildet, nur auf der Sprossachse der nicht-myrmecophytischen Art Macaranga tanarius bestehen sie aus beta-Amyrin. Nur in diesem Fall zeigt sich im Verlauf des Dickenwachstums des Sprosses ein Aufbrechen des dichten Kristallnetzwerkes in größere mosaikartige Teilstücke. Dieser makroskopische Unterschied könnte die gleichzeitig beobachtete erhöhte Haftung nicht-angepasster Insekten auf der Sprossoberfläche von Macaranga tanarius erklären und ist daher von großer funktioneller Bedeutung.

In der nächsten Projektphase soll in Kooperation mit Walter Federle (Lehrstuhl für Zoologie II, Univ. Würzburg) [http://www.biozentrum.uni-wuerzburg.de/zoo2/federle/federle.html] der Mechanismus des Anhaftens bzw. des Ausgleitens von Ameisen untersucht werden. Dazu wollen wir einerseits die physikalischen Eigenschaften der Pflanzenoberflächen auf die chemische Zusammensetzung zurückführen und geeignete Modelloberflächen mit entsprechenden Charakteristika herstellen. Andererseits sollen die Haftorgane der spezialisierten bzw. der generalistischen Ameisen sowie die Bewegungsabläufe während des Laufens untersucht werden. Diese Arbeiten werden im Rahmen des SFB 567 "Mechanismen der interspezifischen Interaktion von Organismen" (Teilprojekt A4) durchgeführt.

Herbivore Insekten und Insekten-Predatoren müssen an der Oberfläche ihrer Wirtspflanzen haften, um sich zum Ort der Nahrungsaufnahme bewegen zu können. Epikutikuläre Wachse können jedoch ein Anhaften von Insekten verhindern und daher das Verhalten, den Erfolg und die Populationsdynamik von Pflanzenschädlingen und ihren Fraßfeinden nachhaltig beeinflussen. In Kooperation mit Sanford Eigenbrode (University of Idaho, USA) [http://agweb.ag.uidaho.edu/pses/chemecology/chemsan.html] sollen in einem weiteren Projekt die physikalischen und chemischen Eigenschaften verschiedener Oberflächen von Brassica oleracea untersucht werden, die die Schädigung dieser Nutzpflanzen durch Insekten bestimmen. Die Anhaftungskräfte lebender Insekten (Hippodamia convergens) und die chemische Zusammensetzung einer Reihe von nativen und künstlichen Substraten wurden untersucht. Die verschiedenen Oberflächen boten den Insekten bis zu 30-fache Unterschiede in der Anhaftung, abhängig im wesentlichen von der physikalischen Oberflächenbeschaffenheit. Auf Oberflächen von Mutantenblättern, von rekonstituierten Pflanzenwachsen und von rekonstituierten Einzelkomponenten, die keine Wachskristalle aufwiesen, fanden die Tiere ausnahmslos guten Halt. Referenzflächen mit Wachskristallen dagegen brachten die Insekten sehr effektiv zum Ausrutschen. Die Zusammensetzung von Vergleichskristallen mit einheitlicher Form, insbesondere die anwesenden Substanzklassen und die Kettenlängenverteilung, hatten geringe, aber signifikante Auswirkungen auf die Anhaftung durch Insekten. Zur Zeit werden die Adhäsionskräfte für Insektenbeine an rekonstituierten Kristallen von definierten, unterschiedlichen Formen gemessen.

Laufzeit: von 01.1999 bis 12.2001

Publikationen: