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Um das Überleben ihrer Art zu sichern, verwenden Insekten manchmal ausgeklügelte Mechanismen, um ihre Eier zu legen. Max-Planck-Forscher haben untersucht, ob dieses Verhalten bei Tabakfalken angeboren oder erlernt ist.

Jena - Max-Planck-Forscher des Instituts für Chemische Ökologie haben neue Erkenntnisse über die Lernfähigkeit von Tabakfalken gewonnen. In zwei Publikationen berichten sie, dass das Erlernen von Düften nicht nur bei der Nahrungssuche eine Rolle spielt, sondern dass weibliche Falter auch bei der Wahl des Eiablageortes von zuvor erlernten Düften beeinflusst werden [1]. Ein einziges Ei, das auf eine Pflanze gelegt wird, reicht aus, um sie auch nach 24 Stunden noch einmal als erste Wahl zu besuchen. Dagegen scheint die zweite Nase des Falters, die Spitze des Rüssels, auf der sich auch Riechzellen befinden, keine Rolle zu spielen, um Düfte zu lernen und darauf basierende Entscheidungen bei der Nahrungssuche zu treffen [2]. Die Ergebnisse geben Hinweise auf die Anpassungsfähigkeit dieser Insekten an ihre Umgebung.

Wissenschaftler um Bill Hansson und Markus Knaden von der Abteilung Evolutionary Neuroethology konnten in einer früheren Studie zeigen, dass Tabakenthusiasten Düfte als Hinweis auf eine zunächst als unangenehm empfundene Nektarquelle lernen können. In dieser Studie wurde festgestellt, dass die Insekten sehr fähig sind, etwas über Nahrungsquellen zu lernen. Die Forschenden wollten daher wissen, ob sich Lernen auch auf das Eiablageverhalten auswirkt. In einem ersten Schritt in Verhaltensexperimenten stellten sie Tabakenthusiasten vor die Wahl, ihre Eier entweder auf ein Blatt der Wildtabakart Nicotiana attenuata oder auf den kalifornischen Dornapfel Datura wrightii zu legen. Die unerfahrenen Falter, die noch nie zuvor ein Ei auf eine Pflanze gelegt hatten, zeigten eine angeborene Vorliebe für die Blätter des Dornenapfels. Im zweiten Schritt wurden auch unerfahrene Weibchen auf eine bestimmte Pflanzenart trainiert: Während des Trainings konnten die Falter ihre Eier nur auf einem Tabakblatt oder einem Dornenapfelblatt ablegen. Im dritten Schritt wollten die Forscher wissen, ob dieses Training die Entscheidung für oder gegen eine der Pflanzen beeinflusst.

Elisabeth Adam experimentiert mit Tabakfalken im Windkanal. (Bild: Sebastian Reuter / www.sebastian-reuter.de)

„Wir waren sehr erstaunt, dass ein einziges Eiablageerlebnis ausreicht, um das Interesse genau auf die Pflanze zu lenken, auf der zuvor ein Ei gelegt wurde. Tabakenthusiasten lernten diese Pflanze auch dann kennen, wenn nur ein Blatt zum Eierlegen zur Verfügung stand und diese Erfahrung damit von der Blüte als Nektarquelle entkoppelt wurde“, fasst Erstautorin Nandita Nataraj zusammen. Offensichtlich ist die erfolgreiche Eiablage an sich schon eine Belohnung, an die sich die Falter später erinnern und die ihr zukünftiges Verhalten beeinflusst.

Insgesamt zeigte die Auswertung der Versuche, dass die Präferenz für Tabak nach 24 Stunden deutlicher abnahm als die Präferenz für Dornapfel, deren Blätter sie in der Natur bevorzugen. Die angeborene Vorliebe in Kombination mit erfolgreichem Lernen scheint ein evolutionärer Vorteil zu sein, durch den das schwere Insekt, das beim Fliegen und Schweben über einer Pflanze viel Energie verbraucht, effektiver und ressourcenschonender seine Eier legen kann. Außerdem ist er besser vor Feinden geschützt, wenn er nicht so lange suchen muss und schneller sein Ziel, also seine Wirtspflanze, erreicht.

Tabakfalken können nicht nur Wirtspflanzen lernen, effizienter Eier zu legen, sie merken sich auch die Düfte von Blumen, die sie bei der Nahrungssuche schneller zu einer Nektarquelle führen. Tabakliebhaber nehmen durch ihre Antennen die duftenden Noten von Nektar wahr. In einer Studie aus dem Jahr 2016 fand das Team um Markus Knaden jedoch heraus, dass Riechzellen an der Spitze des Rüssels bei Tabakfalken eine Art zweite Nase darstellen (siehe Pressemitteilung Tabakfalken kontrollieren Blüten mit zweiter Nase vom 27. Mai 2016). Daher wollten die Forscher nun wissen, ob die Falter mit diesem zusätzlichen Riechorgan auch Düfte lernen können.

„Die größte Herausforderung für unsere Studie war das Design einer künstlichen Blume, die den Blütenduft im Inneren behält und nicht mehr auslässt. Wenn der Duft auch außerhalb der Blüte wahrgenommen werden könnte, hätten wir nicht zwischen dem Erlernen des Riechens mit den Fühlern und mit dem Rüssel unterscheiden können“, beschreibt Erstautorin Elisabeth Adam die Besonderheit des Versuchsaufbaus. Die Falter sind in ihrer natürlichen Umgebung dämmerungsaktiv und folgen auch visuellen Reizen. Die Wissenschaftler entwickelten daher eine Blume aus blauem Acryl, die auch ohne Duft gezielt Schmetterlinge anlockte.

Die Auswertung von Verhaltensexperimenten im Windkanal zeigte, dass Tabakliebhaber keine Düfte lernen, die sie nur mit ihrem Rüssel wahrnehmen. Bisherige Erfahrungen mit bestimmten Düften innerhalb der Blüte haben daher das Nahrungssucheverhalten nicht verändert. „Aus früheren Studien wissen wir, dass höhere Hirnregionen am Lernen beteiligt sind. Wahrscheinlich spielt der Rüssel eher eine Rolle als Tast- oder Geschmacksorgan, um die Qualität einer Blüte zu beurteilen. Er nimmt daher Gerüche vermutlich anders wahr und gibt sie nicht an höhere Hirnareale weiter“, erklärt Elisabeth Adam die Ergebnisse.

Tabakenthusiasten zeigen selbst unter Laborbedingungen viele komplexe Verhaltensweisen. Von besonderem ökologischen Interesse sind die Verfolgung einer Duftfahne, die auf Blütennektar hinweist oder die Unterscheidung zwischen geeigneten und ungeeigneten Wirtspflanzen, auf denen sie Eier legen und auf denen die Raupen gedeihen können. „Wir wissen bereits sehr viel über die Geruchswahrnehmung dieses Insekts, insbesondere welche Hirnregionen an der Übertragung und Verarbeitung der Geruchsreize beteiligt sind. Die Motten sind daher ideale Modelle, um die Geruchswahrnehmung und das Lernen zu studieren – vom ersten Kontakt mit einem Duftmolekül über die Reizweiterleitung bis hin zum ausgelösten Verhalten“, resümiert Studienleiter Markus Knaden.

Weitere Untersuchungen sollten nun der Frage gewidmet werden, ob Tabakliebhaber auch lernen können, ihre Eier auf Pflanzen zu legen, die nicht zu ihrem Wirtsspektrum gehören, und ob sie eine Vielzahl unterschiedlicher Blüten und Wirtspflanzen erlernen können. In weiteren Experimenten soll auch untersucht werden, wie der Schmetterling die Geruchszellen am Rüssel nutzt, um den Duft von Blumen zu bewerten.

Originalveröffentlichung: [1] Nataraj, N., Adam, E., Hansson, BS, Knaden, M. (2021). Gastgeber plant Beständigkeit bei der Eiablage von Manduca sexta. Journal of Chemical Ecology, doi: 10.1007 / s10886-021-01309-3

[2] Adam, E., Hansson, BS, Knaden, M. (2021). Motten nehmen während der Blütenuntersuchung mit ihrem Rüssel Blütengerüche wahr, lernen sie aber nicht. Journal of Experimental Biology 224, jeb242780. doi: 10.1242 / jeb.242780

* A. Overmeyer, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, 07745 Jena

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