Die Achillesferse eines Käfers

Schnitt durch die Puppe eines Getreideplattkäfers zeigt die Organe, die symbiotische Bakterien enthalten ©Tobias Engl, Tobias Engl, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Der Getreideplattkäfer lebt in enger Gemeinschaft mit symbiotischen Bakterien. Diese Bakterien liefern wichtige Bausteine für die Bildung des Außenskeletts der Insekten, das sie vor Trockenheit und Feinden schützt. Ein Team von Forschenden der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena und des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology in Japan zeigt in einer neuen Studie, dass das Unkrautvernichtungsmittel Glyphosat die symbiotischen Bakterien des Getreidekäfers hemmt. Käfer, die Glyphosat ausgesetzt sind, erhalten von den Bakterien nicht mehr die benötigten Bausteine. Die Studie beweist damit, dass das Unkrautvernichtungsmittel indirekt, über ihre intrazellulären, bakteriellen Partner, auch Insekten schädigt und dadurch zu deren massenhaften Sterben beitragen dürfte.

Glyphosat ist derzeit eines der am häufigsten verwendeten Unkrautvernichtungsmittel in der Landwirtschaft. Es hemmt selektiv das Wachstum von Pflanzen über Unterdrückung des Shikimatwegs, der jedoch auch in vielen Mikroorganismen vorkommt. Tiere hingegen weisen keine Gene auf, die für diesen Stoffwechselweg kodieren. Daher ging man bislang davon aus, dass sie von Glyphosat nicht geschädigt werden. Viele Tiere gehen jedoch wechselseitige überlebenswichtige Symbiosen mit Mikroorganismen ein, um Aminosäuren zu erhalten, die sie als Bausteine für ihr Außenskelett benötigen. Diese Abhängigkeit von der Symbiose wiederum macht Insekten vermutlich besonders anfällig für den Einsatz von Glyphosat in der Landwirtschaft: Der Unkrautvernichter hemmt den Shikimatweg in den Symbiose-Bakterien und damit fehlen den Insekten wichtige Aminosäuren für die Bildung der Kutikula.

Die aktuelle Studie zeigt, dass Glyphosat einen negativen Einfluss auf den mikrobiellen Partner hat, den der Getreideplattkäfer Oryzaephilus surinamensis, ein wirtschaftlich wichtiger Schädling von gelagerten Getreideprodukten, beherbergt. Werden diese Käfer dem Unkrautvernichter Glyphosat ausgesetzt, hob dies den Nutzen der Symbiose für die Bildung der Kutikula, die für Insekten als regelrechter Panzer den primären Schutz gegen Stress, wie Trockenheit und Befall mit Schaderregern darstellt, nahezu völlig auf.

Die Forscher sequenzierten das Genom des bakteriellen Partners des Getreideplattkäfers und fanden die genetische Anleitung für einen Stoffwechsel, der ganz auf die Bildung von aromatischen Aminosäuren über den Shikimatweg ausgerichtet ist. Der funktionelle Nutzen der Symbiose für den Wirt wurde experimentell überprüft, indem durch Nahrungsergänzung mit aromatischen Aminosäuren der Verlust der Symbiose-Partner ausgeglichen wurde. Umgekehrt hemmte die Zugabe von Glyphosat die Etablierung der symbiotischen Bakterien während der gesamten Käferentwicklung und hob dadurch den Nutzen der Symbiose für die Bildung der Kutikula vollständig auf. Mithilfe von stammesgeschichtlichen Analysen zeigten die Autoren, dass die Shikimat-Stoffwechselwege vieler unentbehrlicher Symbiose-Bakterien, die mit sehr unterschiedlichen Wirtsinsekten vergesellschaftet sind, ein Glyphosat-empfindliches Enzym enthalten. Diese Entdeckung legt nahe, dass die Glyphosat-Anfälligkeit ihrer mikrobieller Symbiose-Partner eine Achillesferse von Insekten ist.

Wir erleben derzeit ein Insektensterben bedrohlichen Ausmaßes. Die neuen Erkenntnisse aus der Studie machen darauf aufmerksam, dass die Anwendung des Unkrautvernichtungsmittels Glyphosat in der Landwirtschaft die lebenswichtigen symbiotischen Beziehungen zwischen Insekten und Mikroorganismen gefährdet und somit ein ernstes Problem für Ökosysteme darstellt.

 

Bild: Schnitt durch die Puppe eines Getreideplattkäfers zeigt die Organe, die symbiotische Bakterien enthalten ©Tobias Engl, Tobias Engl, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie