Auf Hawaii arbeiten Parasiten und Viren zusammen, um Fruchtfliegen zu bekämpfen: Auswirkungen auf die globale Schädlingsbekämpfung

Machen Sie im Spätsommer einen Spaziergang an einem der Strände der Hawaii-Insel und Sie werden wahrscheinlich auf mandelförmige Früchte stoßen, die im Sand liegen. Sie sind als falsche Kamani-Nüsse oder tropische Mandeln bekannt und fallen von den hohen, schattigen Terminalia-Catappa-Bäumen, die die vielen malerischen Ausblicke auf das Meer der Insel säumen.

Aber was dem gelegentlichen Strandbesucher vielleicht nicht klar ist, ist, dass im Fruchtfleisch dieser unscheinbaren Früchte ein Kampf ums Überleben stattfindet. Tropische Mandeln sind eines von vielen Schlachtfeldern im Krieg zwischen einem weltweiten landwirtschaftlichen Schädling, einer Schlupfwespe und einem nützlichen Virus.

Als Entomologe, der Insektenviren untersucht, möchte ich die komplexen Wechselwirkungen zwischen Insekten und Mikroben entschlüsseln. Die Ergebnisse könnten Forschern helfen, globale Probleme der Ernährungssicherheit anzugehen.

Eine globale Herausforderung gegen Schädlinge

Im Zentrum dieses Konflikts stehen invasive Fruchtfliegen der Familie Tephritidae, von denen sich viele über die ganze Welt ausgebreitet haben und Hunderte von kommerziellen Obst- und Gemüsesorten verwüsten.

Auf Hawaii drangen ab Ende des 18. Jahrhunderts mehrere Arten von Tephritiden-Fruchtfliegen ein, die erhebliche wirtschaftliche Verluste bei der Obstproduktion der Inseln verursachten. Wissenschaftler und Obstbauern haben seit ihrer Einführung enorme Anstrengungen unternommen, um diese Fliegen zu bekämpfen, aber sie stellen nach wie vor ein ernstes wirtschaftliches Problem dar.

Eine zuverlässige Methode zur Bekämpfung ist die Auswilderung winziger Insekten, sogenannter Schlupfwespen, die unreife Fruchtfliegen aufspüren und gezielt vernichten können. Der Begriff Parasitoid beschreibt einen Organismus, der seine Entwicklung als Parasit verbringt und schließlich seinen Wirt tötet.

Parasitoide Wespen verwenden einen länglichen Stachel, einen sogenannten Legebohrer, um Früchte dort zu durchbohren, wo sich die Fliegen entwickeln, und um den Körper der Fliege zu durchbohren, um ein Ei zu legen. Wespeneier schlüpfen im Inneren des Fliegenwirts und verschlingen nach und nach die gesamte Fliege von innen nach außen.

Der Einsatz von Schlupfwespen oder anderen natürlichen Feinden durch den Menschen zur Bekämpfung von Schädlingspopulationen wird als biologische Schädlingsbekämpfung oder Biokontrolle bezeichnet. Sein Erfolg war auf Hawaii so erfolgreich, dass mehrere Arten von Schlupfwespen auf den Inseln Wildpopulationen etabliert haben. Bis heute haben sie dazu beigetragen, mehrere schädliche Fruchtfliegen kontinuierlich zu bekämpfen.

Die Freisetzung nicht heimischer Insekten zu Zwecken der Biokontrolle könnte unbeabsichtigte negative Folgen für lokale Ökosysteme haben. Daher haben Bundesbehörden wie das US-Landwirtschaftsministerium strenge Vorschriften für neue und bestehende Biokontrollprogramme.

Der Feind meines Feindes ist mein Freund

Wie gelingt es Wespen nun, die Fruchtfliegenpopulationen zu reduzieren? Sobald die Wespe in eine Wirtsfliege gelegt wird, muss sie sich mit dem Immunsystem der Fliege auseinandersetzen, das versucht, das Ei zu ersticken, bevor es schlüpft.

Diese unwirtliche Umgebung hat Wespen dazu gezwungen, ein Arsenal mikroskopischer Substanzen, auch molekulare Faktoren genannt, zu entwickeln, um die Abwehrkräfte gegen Fliegen zu bekämpfen. Dazu gehört ein Cocktail aus verschiedenen Molekülen, die die Wespenmutter zum Zeitpunkt der Eiablage einbringt.

Der Zweck dieser Faktoren besteht darin, die physiologischen Prozesse der Fruchtfliege zu manipulieren, beispielsweise ihre Entwicklung vom Ei zum erwachsenen Tier und ihre Immunantwort auf eindringende Parasiten. Durch die Interaktion mit molekularen Komponenten wie Proteinen, die die physiologischen Signalwege von Insekten ausmachen, können parasitoide Wespenfaktoren die Entwicklung des Insektenwirts verzögern und die Immunität des Wirts unterdrücken, damit sich die Wespennachkommen unbeschadet vom Gewebe der Fliege ernähren können.

Es ist die Geschichte einer unwahrscheinlichen Partnerschaft, die viele Arten von Schlupfwespen mit nützlichen Viren eingingen. Viruspartikel vermehren sich während ihrer Entwicklung in großen Mengen in den Fortpflanzungsorganen weiblicher Wespen. Mutterwespen verwenden dann ihren Legebohrer wie eine Injektionsnadel, um während der Eiablage Viruspartikel in Wirtsinsekten zu injizieren.

Die Viruspartikel verwandeln sich in biologische Waffen, die die Zellen des Wespenwirts infizieren. Diese Infektion stört Prozesse wie die Immunantwort der Fliege. Die sich entwickelnden Wespen profitieren von der Aktivität des Virus und revanchieren sich, indem sie das Virus auf zukünftige Wespengenerationen übertragen.

Nicht alle Helden tragen Umhänge

Diachasmimorpha longicaudata ist eine kleine, leuchtend orangefarbene Wespe mit einem deutlich langen Legebohrer. Die wörtliche Übersetzung von longicaudata ist im Lateinischen „long-tailed“. Aber lassen Sie sich nicht von seinem charismatischen Aussehen täuschen.

D. longicaudata ist in seiner Fähigkeit, sich an mehreren Arten von Fruchtfliegen zu ernähren, wie der mediterranen Fruchtfliege Ceratitis capitata und der orientalischen Fruchtfliege Bactrocera dorsalis wild. Aufgrund der Fähigkeit von D. longicaudata, eine Vielzahl von Fruchtfliegen anzugreifen, haben Schädlingsbekämpfungsspezialisten auf der ganzen Welt die Wespen in landwirtschaftliche Ökosysteme entlassen, wo sie zuverlässig neue Populationen etablieren und eine wirksame und dauerhafte Bekämpfung von Schädlingen ermöglichen.

Wie viele Parasitoide hat D. longicaudata eine Allianz mit einem Virus geschlossen, das als Diachasmimorpha longicaudata-Entomopoxvirus oder DlEPV bekannt ist.

DlEPV repliziert sich in der Giftdrüse weiblicher Wespen, die Milliarden von Viruspartikeln speichert. Dort sind die Viruspartikel so dicht gepackt, dass sie die Giftdrüse oft blau schillernd erscheinen lassen.

DlEPV-Partikel sind äußerst tödlich, wenn sie im Labor in Fliegen injiziert werden. Das Virus friert die Entwicklung der Fliege ein und vermehrt sich mit Hingabe bis zu ihrem endgültigen Verschwinden.

Im Gegensatz dazu ist die Allianz zwischen der Wespe und dem Virus so stark, dass die Heilung der D. longicaudata-Wespen von ihrer residenten DlEPV-Infektion zum Tod der Wespennachkommen in den Wirtsfliegen führt.

Ein möglicher neuer Weg nach vorne

Meine Kollegen und ich haben eine Studie veröffentlicht, die zeigt, dass DlEPV eine entscheidende Rolle dabei spielen könnte, D. longicaudata dabei zu unterstützen, aus so vielen verschiedenen Fruchtfliegen eine Mahlzeit zuzubereiten. Wir fanden einen Zusammenhang zwischen dem Überleben von D. longicaudata und der DlEPV-Letalität bei verschiedenen Wirtsarten von Fruchtfliegen.

Als wir C. capitata- und B. dorsalis-Fliegen mit DlEPV infizierten, replizierte sich das Virus erfolgreich und tötete große Mengen an Fliegenwirten. Allerdings gelang es DlEPV nicht, sich in der Melonenfliege Zeugodacus cucurbitae zu replizieren, einer Fliegenart, die D. longicaudata-Wespen nicht als Wirt verwenden können.

Diese Erkenntnisse werfen ein neues Licht auf die Wirkung von Viren auf Rivalitäten zwischen Wirt und Parasit. Das Vorhandensein dieser Viren könnte den Nutzen von Schlupfwespen bei der Beseitigung schädlicher Fruchtfliegen beeinflussen. Im Fall von D. longicaudata könnte das mit ihm assoziierte Virus für die jahrzehntelange zuverlässige Unterstützung verantwortlich sein, die diese Wespe den Biokontrollprogrammen für Fruchtfliegen auf der ganzen Welt geleistet hat.

Diese Arbeit enthüllte auch ein potenzielles neues Werkzeug im Kampf gegen Fruchtfliegen. DlEPV ist heute als tödlicher Feind für viele der zerstörerischsten Schädlingsarten der Welt bekannt. Wenn Forscher auf molekularer Ebene genau bestimmen können, wie DlEPV Wirtsfliegen ausnutzt, könnten sie eines Tages dieselben Strategien, die dieses Virus verwendet, in neue Methoden zur Bekämpfung von Fruchtfliegen integrieren.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.