Heuschrecken treten häufig in Schwärmen auf und fressen die Pflanzen ganzer Landstriche innerhalb kürzester Zeit radikal ab. Dieses Massenverhalten ist für das Überleben und die Fortpflanzung der Insekten von Vorteil, schadet jedoch der Umwelt und der Landwirtschaft und bedroht unsere Ernährungssicherheit. Chemische Insektizide können diese Heuschreckenschwärme zwar bekämpfen. Die aggressiven synthetischen Substanzen schaden aber gleichzeitig auch der Artenvielfalt, der Umwelt, der Landwirtschaft und der menschlichen Gesundheit.
Eingriff in den Pheromonhaushalt der Heuschrecken
Forschende suchen daher schon länger nach einem schonenderen Mittel, um die Heuschrecken loszuwerden. Ein Ansatz ist dabei das Pheromon 4-Vinylanisol (4VA), das die Insekten zur Kommunikation verwenden und das eine entscheidende Rolle bei der Bildung der Heuschreckenschwärme spielt. Die Idee: Wenn die Insekten dieses Pheromon nicht mehr herstellen können, bilden sie auch keine großen Schwärme mehr. Bislang war jedoch unbekannt, wie die Heuschrecken das Pheromon 4VA in ihrem Körper produzieren. Das haben nun Forschende um Xiaojiao Guo von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften näher untersucht. Dafür analysierten sie, welche Moleküle zu welchem Zeitpunkt in den Zellen der Europäischen Wanderheuschrecke (Locusta migratoria) vorkommen.
Dabei stellten die Biologen fest: Das Pheromon 4VA findet sich in besonders hohen Konzentrationen in Heuschrecken, nachdem diese mit Weizensetzlingen gefüttert wurden. Gezielte Fütterungstests enthüllten daraufhin: Als Ausgangsstoff für die Pheromonproduktion dient die Aminosäure Phenylalanin, die in der pflanzlichen Nahrung der Insekten reichlich enthalten ist. Die Heuschrecken wandeln diese Aminosäure dann in vier Schritten in Zimtsäure, p-Hydroxyzimtsäure, 4-Vinylphenol (4VP) und schließlich in 4-Vinylanisol (4VA) um. Dabei verwenden sie mehrere Enzyme, wie die Forschenden feststellten. Die Enzyme für die ersten zwei Produktionsschritte kommen aber auch in Pflanzen vor und sind für die Insekten nicht zwingend nötig: „So können Heuschrecken Phenylalanin, Zimtsäure und p-HCA auch direkt aus Wirtspflanzen gewinnen, jedoch nicht 4VP oder 4VA“, schreibt das Team. Die letzten beiden Syntheseschritt erfolgen demnach ausschließlich in den Heuschrecken.
Für den allerletzten Syntheseschritt besitzen die Heuschrecken gleich zwei Enzyme, wie Guo und seine Kollegen feststellten. Sie kommen überwiegend in der Haut der Hinterbeine (4VPMT1) und im Darm (4VPMT2) vor. Die beiden Enzyme sind zudem umso zahlreicher vorhanden, je größer der Heuschreckenschwarm ist. Die Heuschrecken stellen also mehr Pheromon-Moleküle her, wenn die Population steigt, wie weitere Versuche ergaben. „Zwei 4VPMTs sind entscheidende Enzyme für die 4VA-Biosynthese und Ziele zur Hemmung der Heuschreckenaggregation“, schließt das Team.
