Evolutionsökologie

Wie Wasserflöhe ihre Fressfeinde detektieren

Viele Wasserorganismen geben Botenstoffe in die Umgebung ab, die ihre Beute warnen, dass sie da sind – ein Nachteil für die Jagd. Schuld ist die Verdauung der Räuber.

Arbeiten mit Massenspektrometrie: Linda Weiss und Ralph Tollrian im Labor an der RUB © RUB, Kramer

Wasserflöhe der Gattung Daphnia erkennen über chemische Substanzen, ob ihre Fressfeinde, die Büschelmückenlarven, in der Nähe jagen. Falls ja, bilden sie Verteidigungen aus, die sie schwerer fressbar machen. Die Signalmoleküle, die diese Erkennung ermöglichen, haben Biologen und Chemiker der Ruhr-Universität Bochum, der Universität Duisburg-Essen und der University of Birmingham nun identifiziert. Es handelt sich um einen Cocktail von Substanzen, der bei der Verdauung der Büschelmückenlarven entsteht. 

Für die Studie kooperierte das Team um Dr. Linda Weiss und Prof. Dr. Ralph Tollrian vom Bochumer Lehrstuhl für Evolutionsökologie und Biodiversität der Tiere mit dem Bochumer Lehrstuhl für Anorganische Chemie I von Prof. Dr. Nils-Metzler-Nolte, dem Duisburg-Essener Lehrstuhl für Angewandte Analytische Chemie von Prof. Dr. Oliver Schmitz sowie Dr. Ulf Sommer von der University of Birmingham.

Dornen und Fortsätze gegen die Fressfeinde

Daphnien können Nackenzähne, also dornenartige Auswüchse in der Nackenregion, oder Fortsätze an ihrem Panzer ausbilden, die es der Büschelmückenlarve, auch Chaoborus genannt, schwerer machen, sie zu fressen. Diese Verteidigungen bilden die Daphnien aber nur, wenn sich der Fressfeind wirklich in der Nähe befindet. "Warum die Räuber ihre Anwesenheit über chemische Stoffe verraten, obwohl das eigentlich ein Nachteil für sie ist, war lange Zeit ein Rätsel", sagt Linda Weiss.

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"Schon vor 40 Jahren haben Forscher versucht, die Stoffe zu identifizieren, mit denen die Räuber ihre Anwesenheit preisgeben", beschreibt Ralph Tollrian, Leiter des Lehrstuhls für Evolutionsökologie und Biodiversität der Tiere, der sich bereits in seiner Promotion mit diesem Thema beschäftigte. Doch erst moderne Methoden wie die hochauflösende Massenspektrometrie erlaubten, das Rätsel zu lösen.

Signalstoffe entstehen bei der Verdauung

Gemeinsam mit ihren Kollegen fanden Weiss und Tollrian heraus, dass die Büschelmückenlarven mindestens fünf verschiedene Substanzen ins Wasser absondern, die die Daphnien erkennen können. Die Stoffe spielen eine wichtige Rolle bei der Nahrungsaufnahme der Larven, sie werden nämlich abgegeben, wenn der Räuber die unverdaulichen Bestandteile wieder ausspuckt. "Das erklärt, warum die Abgabe der Signalstoffe nicht gestoppt werden kann", sagt Tollrian. "Der Vorteil, den die Larven durch die Substanzen bei der Verdauung haben, ist größer als der Nachteil dadurch, dass sie damit ihre Anwesenheit verraten."

Räuberstoffe künstlich hergestellt

Die Forscher stellten die Räuberstoffe auch künstlich im Labor her, um ihre Wirkung zu verifizieren. Sie gaben die Substanzen zu in Kultur lebenden Daphnien und analysierten, wie stark diese Verteidigungen ausbildeten. Die Daphnien reagierten auf die künstlich hergestellten Substanzen genauso, als wenn Büschelmückenlarven in der Nähe wären.

In weiteren Studien wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun klären, mit welchen Rezeptoren Daphnien die Signalmoleküle erkennen, und den genauen Weg der Signalübertragung entschlüsseln.

Originalveröffentlichung:
Linda C. Weiss et al.: Identification of Chaoborus kairomone chemicals that induce defences in Daphnia, in: Nature Chemical Biology, 2018, DOI: 10.1038/s41589-018-0164-7

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