Die Fruchtfliegenstudie fügt den Beweis hinzu, dass "die Verwendung von Toxinen in der Umwelt zur Behandlung von Nachkommen im gesamten Tierreich verbreitet sein kann", sagt der Biologe Todd Schlenke.
Wenn Fruchtfliegen parasitäre Wespen in ihrer Umgebung wahrnehmen, legen sie ihre Eier in eine mit Alkohol getränkte Umgebung und zwingen ihre Larven, Alkohol als Droge zur Bekämpfung der tödlichen Wespen zu konsumieren.
Die Entdeckung von Biologen an der Emory University wird am Freitag, den 22. Februar in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
„Die erwachsenen Fliegen nehmen tatsächlich ein Infektionsrisiko für ihre Kinder vorweg und behandeln sie dann mit Alkohol“, sagt Todd Schlenke, der Evolutionsgenetiker, dessen Labor die Forschung durchgeführt hat. "Wir fanden heraus, dass dieses medizinische Verhalten von verschiedenen Fliegenarten geteilt wurde, was zu dem Beweis beitrug, dass die Verwendung von Toxinen in der Umwelt zur Behandlung von Nachkommen im gesamten Tierreich verbreitet sein kann."
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Erwachsene Fruchtfliegen erkennen die Wespen durch das Sehen und scheinen eine viel bessere Sicht zu haben als bisher angenommen, fügt er hinzu. "Unsere Daten zeigen, dass die Fliegen die relativ kleinen morphologischen Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Wespen sowie zwischen verschiedenen Wespenarten visuell unterscheiden können."
Die Experimente wurden von Balint Zacsoh geleitet, der kürzlich seinen Abschluss in Biologie an der Emory gemacht hat und immer noch im Schlenke-Labor arbeitet. Zum Team gehörten auch Emory-Doktorand Zachary Lynch und Postdoc Nathan Mortimer.
Erwachsene Wespen tauchen gleich oben aus Fruchtfliegenpuppen auf, nachdem sie die Fruchtfliegenlarven von innen nach außen gefressen haben. Foto von Todd Schlenke.
Die Larven der gemeinen Fruchtfliege, Drosophila melanogaster, fressen die Fäule oder Pilze und Bakterien, die auf überreifen, fermentierenden Früchten wachsen. Sie haben eine gewisse Resistenz gegen die toxischen Wirkungen des Alkoholgehalts in ihrem natürlichen Lebensraum entwickelt, die bis zu 15 Prozent betragen kann.
Winzige endoparasitoide Wespen töten hauptsächlich Fruchtfliegen. Die Wespen injizieren ihre Eier in die Larven der Fruchtfliegen, zusammen mit Gift, das die zelluläre Immunantwort ihrer Wirte unterdrücken soll. Wenn die Fliegen das Wespenei nicht töten, schlüpft eine Wespenlarve in die Fruchtfliegenlarve und beginnt, ihren Wirt von innen nach außen zu fressen.
Im vergangenen Jahr hat das Schlenke-Labor eine Studie veröffentlicht, die zeigt, wie mit Wespen infizierte Fruchtfliegenlarven alkoholreiche Lebensmittel bevorzugen. Dieses Verhalten verbessert die Überlebensrate der Fruchtfliegen erheblich, da sie eine hohe Toleranz gegenüber den toxischen Wirkungen des Alkohols entwickelt haben, die Wespen jedoch nicht.
„Die Fruchtfliegenlarven erhöhen ihren Blutalkoholspiegel, sodass die in ihrem Blut lebenden Wespen leiden“, sagt Schlenke. "Wenn man an ein Immunsystem denkt, denkt man normalerweise an Blutzellen und Immunproteine, aber Verhalten kann auch ein großer Teil der Immunabwehr eines Organismus sein."
Eine weibliche parasitäre Wespe, die auf der Suche nach Fruchtfliegenlarven ist, die mit ihren Eiern injiziert werden sollen.
Für die neueste Studie fragten die Forscher, ob die Eltern der Fruchtfliege spüren könnten, wann ihre Kinder einem Infektionsrisiko ausgesetzt sind, und ob sie dann Alkohol suchten, um sie prophylaktisch zu behandeln.
Erwachsene weibliche Fruchtfliegen wurden in einem Maschenkäfig mit parasitären Wespen und einem anderen Maschenkäfig ohne Wespen freigesetzt. Beide Käfige hatten zwei Petrischalen, die Hefe enthielten, die Nahrung für Laborobstfliegen und ihre Larven. Die Hefe in einer der Petrischalen wurde mit 6 Prozent Alkohol gemischt, während die Hefe in der anderen Schale alkoholfrei war. Nach 24 Stunden wurden die Petrischalen entfernt und die Forscher zählten die Eier, die die Fruchtfliegen gelegt hatten.
Die Ergebnisse waren dramatisch. Im Maschenkäfig mit parasitären Wespen befanden sich 90 Prozent der Eier in der alkoholhaltigen Schale. In dem Käfig ohne Wespen befanden sich nur 40 Prozent der Eier in der Alkoholschale.
„Die Fruchtfliegen verändern ihr Fortpflanzungsverhalten deutlich, wenn die Wespen anwesend sind“, sagt Schlenke. "Der Alkohol ist auch für die Fruchtfliegen leicht giftig, aber die Wespen sind gefährlicher als der Alkohol."
Die in den Experimenten verwendeten Fliegenstämme werden seit Jahrzehnten im Labor gezüchtet. "Die Fliegen, mit denen wir arbeiten, haben noch nie Wespen in ihrem Leben gesehen, und ihre Vorfahren gehen auch nicht auf Hunderte von Generationen zurück", sagt Schlenke. "Und doch erkennen die Fliegen diese Wespen immer noch als Gefahr, wenn sie mit ihnen in einen Käfig gesteckt werden."
Weitere Experimente zeigten, dass die Fliegen die Unterschiede bei den Wespen äußerst kritisch beurteilen. Sie zogen es vor, ihre Eier in Alkohol zu legen, wenn weibliche Wespen anwesend waren, aber nicht, wenn nur männliche Wespen im Käfig waren.
Die Forscher stellten fest, dass die Fliegen auf Pheromone reagierten, und führten Experimente mit zwei Gruppen mutierter Fruchtfliegen durch. Einer Gruppe fehlte die Fähigkeit zu riechen, und einer anderen Gruppe fehlte das Sehvermögen. Die Fliegen, die nicht riechen konnten, zogen es jedoch vor, ihre Eier in Alkohol zu legen, wenn weibliche Wespen anwesend waren. Die Blindfliegen machten keinen Unterschied und wählten das alkoholfreie Futter für ihre Nachkommen, selbst in Gegenwart weiblicher Wespen.
„Dieses Ergebnis hat mich überrascht“, sagt Schlenke.„Ich dachte, die Fliegen nutzen wahrscheinlich die Riechwirkung, um die weiblichen Wespen zu spüren. Man geht davon aus, dass die kleinen Facettenaugen von Fliegen eher auf Bewegungserkennung ausgerichtet sind als hochauflösende Bilder. “
Der einzige offensichtliche visuelle Unterschied zwischen weiblichen und männlichen Wespen bestehe darin, dass die Männchen längere Antennen, etwas kleinere Körper und keinen Ovipositor haben.
Weitere Experimente haben gezeigt, dass die Fruchtfliegen verschiedene Wespenarten unterscheiden können und nur als Reaktion auf Wespenarten, die Larven infizieren, und nicht auf Fliegenpuppen, die alkoholische Nahrung wählen. „Fliegenlarven verlassen normalerweise das Futter, bevor sie sich verpuppen“, erklärt Schlenke.
Die Forscher haben auch die Exposition weiblicher parasitärer Wespen mit Veränderungen in einem Fruchtfliegen-Neuropeptid in Verbindung gebracht.
Stress und der daraus resultierende verminderte Spiegel an Neuropeptid F oder NPF wurden zuvor mit alkoholsuchendem Verhalten bei Fruchtfliegen in Verbindung gebracht. In ähnlicher Weise ist der Spiegel eines homologen Neuropeptids beim Menschen, NPY, mit Alkoholismus assoziiert.
„Wir haben festgestellt, dass eine Fruchtfliege, die weiblichen Schlupfwespen ausgesetzt ist, durch diese Exposition den NPF-Spiegel im Fliegengehirn verringert und die Fliege dazu veranlasst, alkoholhaltige Stellen für die Eiablage aufzusuchen“, sagt Schlenke. "Darüber hinaus scheint das alkoholsuchende Verhalten für die Dauer des Lebens der Fliege bestehen zu bleiben, auch wenn die parasitären Wespen nicht mehr vorhanden sind, ein Beispiel für das Langzeitgedächtnis."
Schließlich ist Drosophila melanogaster nicht einzigartig in der Anwendung dieses Medikamentenverhaltens der Nachkommen. „Wir haben eine Reihe von Fliegenarten getestet“, sagt Schlenke, „und festgestellt, dass jede Fliegenart, die verrottende Früchte als Nahrung verwendet, dieses Immunverhalten gegen parasitäre Wespen verstärkt. Medikamente sind in der Natur weitaus häufiger als gedacht. “
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