Die intimen Geheimnisse der Kohlweißlinge

Die Lieblingsspeise ihrer Schützlinge: Hanna Heidel-Fischer prüft im Gewächshaus Pflanzen der Kapstachelbeere, deren Früchte für die Jenaer Raupen der Heliothis subflexa reserviert sind. Foto: Peter Michaelis

Wie Forscher am Jenaer Max-Planck-Institut für chemische Ökologie die Kommunikation unter Pflanzen und Insekten ausspionieren.

Jena. Gern würde Wilhelm Boland die Stimmen des Waldes verstehen. Nein, nicht das Vogelgezwitscher: Dazu müsste er wohl, wie Siegfried, der Held im "Ring des Nibelungen", in Drachenblut baden. Sondern all das unentwegte Parlando unter Pflanzen, Insekten und Mikroben vermittels chemischer Signale. Dieses Ziel ist, möchte man Boland glauben, viel leichter erreichbar: Man benötigt dafür nur ein komplettes Max-Planck-Institut.

Droben am Jenaer Beutenberg, gleich am Waldesrand, residieren Chemiker und Biologen, Genetiker, Molekularbiologen und Biochemiker - 175 Wissenschaftler aus 34 Nationen und allesamt Kommunikationsspezialisten - im MPI für chemische Ökologie. Professor Boland fungiert als einer von fünf Abteilungs-Direktoren. Untereinander redet man zumeist Englisch, aber die Gesprächsinhalte kreisen meist um komplizierte Begriffe wie Isothiocyanat, Myrosinase und Glucosinolat-Sulfatase. Unsereiner mag sich daran die Zunge brechen, doch für einen Kohlweißling oder eine Kohlmotte verheißen sie die reine Sinnlichkeit.

Symphonie aus C-G-A-T: Rund 460 Millionen Basenpaare besitzt eine Käfer-DNA. Foto: Peter Michaelis

Man dürfe, warnt der 61-jährige Boland, den man ob seiner Erscheinung für einen Merlin der Neuzeit halten könnte, so ein Insekt nicht als schlichtes Gemüt abqualifizieren. Dessen Gehirn arbeite weitaus komplexer, als wir Menschen lange gedacht haben. Erst neuerdings benennen wir die intrinsische Signalverarbeitung und Verhaltenssteuerung mit dem Zauberwort Neuroethologie. Eine ganze Abteilung im Jenaer Institut befasst sich damit, kraft welcher Gehirnvorgänge zum Beispiel Motten zielsicher Wirtspflanzen finden.

Boland formuliert das poetischer. "Ein Gedicht", sagt er, "das ist für ein Insekt vielleicht so etwas wie ein Duftcocktail." Und aus dem symphonischen Stimmengeflecht an Biosignalen spezifische Leitmotive und Lieblingsmelodien herauszufiltern, ist schließlich der Lebensinhalt jedes Schmetterlings oder Käfers: um zu fressen oder einen Geschlechtspartner zu finden. Milde lächelt da der Wissenschaftler, von Hause aus Chemiker und gebürtiger Rheinländer. So gemütlich er wirkt, sitzt ihm vielleicht der Schalk im Nacken: Er weiß, dass er mit solchen Einlassungen jedem Unbedarften den Kopf verdreht. Dabei trifft er exakt den Kern des Anliegens, denn die Jenaer versuchen, die Abläufe in der Natur auf einer Ebene zu verstehen, von der wir vor 20 Jahren kaum die Spur einer Ahnung hatten.

Die Maiswurzelbohrer rücken immer näher

Grundlagenforschung, sagt Boland. Etwa wie Pflanzen, sobald sie von Fressfeinden befallen sind, Signale verströmen: um sich gegenseitig zu warnen, um Abwehrstoffe zu aktivieren, vielleicht gar um natürliche Feinde der Angreifer als Helfer zu alarmieren. Zweckfrei ist solche Wissenschaft nicht. Denn wer solche Mechanismen durchschaut, der kann im Pflanzenschutz eher auf die chemische Keule verzichten. Der lernt Wirkstoffe kennen, die auch als Arzneimittel oder Biokatalysatoren taugen. Und der achtet bei der Pflanzenzucht auf genetische Eigenschaften, um nicht nur Erträge zu steigern, sondern ebenso natürliche Wehrhaftigkeiten zu erhalten.

Sie produzieren Insekten-Proteine: Yannick Pauchet studiert spezielle Zellkulturen unter dem Mikroskop. Foto: Peter Michaelis

"Smart breeding" heißt das im Fachjargon. Boland hat als Beispiel gleich den Maiswurzelbohrer parat, der in Bayern bereits angekommen ist und sich allmählich gen Thüringen durchfrisst. Einige Maissorten aber haben sich mit natürlichen Verteidigungsmechanismen gegen den Schädling gewappnet ... Mit Pröbeleien nach dem Prinzip "Versuch und Irrtum" geben sich die Jenaer Wissenschaftler nicht zufrieden. Sie gehen der Sache stets auf den genetischen Grund: Welche Gene exprimieren welche Proteine, die was genau bewirken?

Die Treppe hoch und zwei Flure weiter arbeitet Yannick Pauchet aus Nizza in seinem Labor. "Ich interessiere mich für Enzyme von Käferlarven, die es ihnen erlauben, Zellwände von Kartoffelpflanzen zu verdauen", erläutert der 34-Jährige, der nach der Postdoc-Zeit im britischen Exeter an der Saale gelandet ist. So ein Larvenleben, das ist für den Franzosen ein weites Feld. Denn einerseits könnten Strategien der Pflanzen, ihre Verdaulichkeit im Larvenmagen zu mindern, als Schutzmittel in der Landwirtschaft dienen, andererseits würden Öko-Energieunternehmen ja gerne ebenso clever wie eine Kartoffelkäferlarve Zellulose aufknacken können - um Biogas oder -ethanol zu gewinnen. Dafür würde man in industriellen Fermentern zwar keine Raupen einsetzen. Aber vielleicht spezielle Hefen, die zuvor mit demselben Enzym aufgerüstet wurden.

Vor der Gen-Sequenzierung: Domenica Schnabelrauch befüllt einen Pipettierautomaten. Foto: Peter Michaelis

Basis dieser Forschung ist harte Genetik, und ohne Domenica Schnabelrauch wäre Pauchet mit seinen Ideen aufgeschmissen. "Ich bin die Teuerste im Team", gesteht die Diplom-Ingenieurin süffisant. Sie gebietet über 96-Capillar-Arrays zur Gensequenzierung, über Plasmid- und Pipettierroboter sowie über ein ganzes Arsenal an ominösen Maschinen, um genetische Signalmechanismen auszuspähen. Die Ausstattung eines Geheimdienstes erschiene harmlos dagegen. Immerhin bringt es so eine Käfer-DNA auf 460 Millionen Basenpaare.

Die Labor-Larven sind sehr sensibel

Zu Schnabelrauchs Stammkunden zählt ebenso Hanna Heidel-Fischer. "Mein Herz schlägt für Schmetterlinge", sagt sie ganz freimütig. Für Aurora- und Zitronenfalter, vor allem für Kohlweißlinge. Aber erst einmal zeigt sie die Batterien ihrer Heliothis-Aufzucht: lauter kleine Plastikdöschen mit je einer Larve darin. "Die setze ich auf Weizen-, Soja- oder Mais-Diäten", verrät sie. "Sie sind sehr empfindlich." In zwei Arten plagt dieser Falter den amerikanischen Kontinent: Während sich Heliothis subflexa auf Physalis-Pflanzen spezialisiert hat, gilt Heliothis virescens, die amerikanische Tabakeule, als Generalist mit Appetit auf jegliches Getreide. Warum, das versucht Heidel-Fischer herauszufinden.

Ein Luxusdasein, allerdings auf künstlicher Diät, führen die Raupen der Jenaer Heliothis subflexa-Aufzucht. Foto: Peter Michaelis

In einem zweiten Projekt widmet sie sich dem geliebten Kohlweißling, dessen intimes Geheimnis sie mit dem Kürzel NSP charakterisiert. Zu Deutsch: natrilspezifizierendes Protein. Mit diesem Enzym unterläuft die Larve eine Abwehrstrategie der Kohlpflanzen, um sich Schädlinge vom Blattstengel zu halten: Jener uns so angenehme, senfartige Geschmack rührt nämlich von einem Gift her, dessen zwei Komponenten sich erst bei der Verdauung im Larvendarm zum toxischen Isothiocyanat verbinden. Genau diesen Syntheseschritt verhindert NSP.

Unterdessen die Kohlmotte mittels GSS - Glucosinolat-Sulfatase - sich das Kohl-Gift aus dem Leib hält. Viel Respekt hat Heidel-Fischer vor solchen natürlichen Abwehrmechanismen, die vor etwa 80 Millionen Jahren entstanden sind. Die Wissenschaftler sprechen von Koevolution: So wie Pflanzen chemische Schutzkräfte entfalten, erfinden Fraßfeinde Mittel, um sie zu überwinden.

"Ich mag Kohl aber immer noch", lacht Heidel-Fischer. "Ein holländischer Freund bäckt leckeren Rosenkohl-Tarte." Die Sinnenfreude ist ihr bei aller nüchternen Forschung offenbar nicht abhanden gekommen. An ihrem Hals blinkt im Sonnenlicht ein Schmuckanhänger in Gestalt eines Schmetterlings. Vielleicht ein Kohlweißling? Sie lacht. - Während drunten Wilhelm Boland aus seinem Büro längst zum nächsten Meeting aufgebrochen ist. Ob dem Max-Planck-Direktor wenigstens am Abend noch ein Stündchen Zeit für einen poetischen Waldspaziergang bleibt?

Wolfgang Hirsch / 02.04.11 / TLZ

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