Gefahren für die menschliche Gesundheit stehen meist im Fokus – doch nun verdeutlicht eine Studie erneut, dass das berühmt-berüchtigte Unkrautvernichtungsmittel Glyphosat auch Insekten bedroht: Es kann symbiotische Bakterien, die für die Bildung des Außenskeletts einiger Arten notwendig sind, hemmen, geht aus Untersuchungen an Käfern hervor. Durch diese Schwächung könnte Glyphosat somit auch eine Rolle beim Insektensterben spielen. Vor dem Hintergrund geplanter Anwendungsverbote gilt somit: Bei der Suche nach Alternativen zu Glyphosat müssen mögliche Wirkungen auf Symbiosepartner von Lebewesen berücksichtigte werden, geht aus der Studie hervor.
Hinter dem immensen Verbrauch von Herbiziden in der Landwirtschaft steckt ein simpler Zusammenhang: Wo Unkraut sprießt, geht der Ertrag zurück. Deshalb wird die chemische Keule geschwungen – eine besonders schlagkräftige ist dabei das Glyphosat. Es handelt sich um ein sogenanntes Totalherbizid – es vernichtet jegliches Grün. Nach dem Abbau der Substanz kann dann die gewünschte Kulturpflanze auf dem bereinigten Acker anpflanzt werden. Da Glyphosat ein Enzym angreift, das bei Tier und Mensch nicht vorkommt, galt es lange als unbedenklich. Doch dann wandelte sich dieses Bild: Einige Studien attestierten der Substanz krebserregende Wirkung – andere widersprachen diesem Befund allerdings, was heftige Kontroversen auslöste. Angeheizt wurden sie zudem durch Hinweise darauf, dass Glyphosat Bienen schädigt, indem es ihre Darmbakterien beeinträchtigt.
Dabei kam ein Aspekt zum Tragen, den man zunächst kaum bedacht hatte: Glyphosat hemmt zwar nur den sogenannten Shikimat-Stoffwechselweg, der bei Tieren nicht vorkommt, aber neben Pflanzen nutzen ihn auch einige Mikroorganismen. Somit sind Tiere nur vermeintlich sicher vor der Wirkung: „Ein Einfluss von Glyphosat auf Tiere über ihre essenziellen, bakteriellen Partner, die den Shikimat-Stoffwechselweg nutzen, liegt im Prinzip nahe, sobald man die Interaktion beider Partner versteht“, erklärt Tobias Engl vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. So wurde bereits gezeigt, dass Glyphosat negative Auswirkungen auf Mikroorganismen im Darm von Honigbienen hat, wodurch sie anfälliger für verschiedene Stressfaktoren werden.
Symbiose-Partner im Visier
Im Fokus von Engl und seinen Kollegen stand nun eine weitere Symbiose von Insekten mit Bakterien: Viele Arten besitzen in bestimmten Zellen spezialisierte Mikroben, die für sie Bausteine herstellen. Sie bilden aromatische Aminosäuren für den Aufbau des Außenskeletts (Kutikula) der Insekten. Bei mangelhafter oder fehlender Versorgung mit diesen Substanzen kann die Außenhülle ihre Schutzfunktion gegenüber Trockenheit oder Feinden nicht gewährleisten. Was den Mikroben schadet, schwächt somit auch die Insekten.
Um den möglichen Effekt von Glyphosat in diesem Zusammenhang zu untersuchen, haben sich die Wissenschaftler mit dem Getreideplattkäfer (Oryzaephilus surinamensis) als Modell beschäftigt. Durch Versuche konnten sie zunächst bestätigen: Wurden die Versuchstiere praxisrelevanten Mengen von Glyphosat ausgesetzt, wurde die Etablierung der symbiotischen Bakterien während der gesamten Käferentwicklung gehemmt, wodurch der Nutzen der Mikroben für die Bildung der Kutikula vollständig aufgehoben wurde. Konkret bedeutet das, dass sie eine schwache Schutzhülle ausbildeten. Die Versuche zeigten dabei auch eindeutig die Rolle der aromatischen Aminosäuren auf: Durch eine Nahrungsergänzung mit diesen Substanzen konnte der Verlust der Symbiose-Partner ausgeglichen werden. “Da wir beobachten konnten, wie Glyphosat die symbiotische Gemeinschaft schädigt, fragten wir uns, ob Glyphosat auch für andere Insekten, die auf ihre mikrobiellen Partner angewiesen sind, eine generelle Gefahr darstellt“, sagt Tobias Engl.
Potenziell weitreichende Bedeutung
Um dieser Frage nachzugehen, sequenzierten die Forscher das Genom des bakteriellen Partners des Getreideplattkäfers. So zeigte sich, dass es die genetische Anleitung für die Bildung der aromatischen Aminosäuren über den Shikimatweg enthält. Vergleiche mit anderen bekannten Genomdaten lieferten dann zunächst Hinweise darauf, dass sich symbiotische Beziehungen mit vergleichbarer Funktion, unabhängig voneinander in verschiedenen Bakterienstämmen und entfernt verwandten Käferfamilien entwickelt haben. Offenbar geht die Bedeutung aber über diese Insektengruppe hinaus: Mithilfe von stammesgeschichtlichen Analysen zeigten die Forscher, dass die Shikimat-Stoffwechselwege vieler unentbehrlicher Symbiose-Bakterien, die mit sehr unterschiedlichen Wirtsinsekten vergesellschaftet sind, ein Glyphosat-empfindliches Enzym enthalten.
Die neuen Erkenntnisse verdeutlichen somit, 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 darstellen kann. Möglicherweise handelt es sich dabei um einen Faktor bei dem teils dramatischen Rückgang der Insektenbestände in den letzten Jahrzehnten, sagen die Forscher. Vor diesem Hintergrund wirkt erfreulich, dass zumindest ein Ende der Zulassung von Glyphosat in vielen Ländern in Sicht ist. Doch deshalb sind nun auch alternative Unkrautvernichtungsmittel gefragt. Von den Studienergebnissen geht dabei eine klare Botschaft aus: „Der Einsatz von Herbiziden mit potenziellen Nebenwirkungen auf Tiere oder deren assoziierte Mikroorganismen sollte sorgfältig überdacht werden“, schreiben die Wissenschaftler abschließend.
Quelle: Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Fachartikel: Communications Biology, doi: 10.1038/s42003-021-02057-6
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