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Wie Fichte und Buchdrucker zusammenfinden

Hier werden die Käfer auf die Versuchsbäume losgelassen. Die Forscherin montiert eine Befallsbox im Freiluftlabor. Quelle: Sigrid Netherer/BOKU

Zum Glück lag die Versuchsfläche von Sigrid Netherer im Lehrforst der Universität für Bodenkultur. Der befindet sich im Grenzland zwischen Niederösterreich und dem Burgenland. Hier beschwert sich niemand, wenn Versuchsbäume überdacht, Befallsboxen angebunden oder im Morgengrauen mit der Schrotflinte Fichtenzweige aus der Baumkrone geschossen werden. Alles im Dienst der Wissenschaft. Zudem wird der Mittelgebirgs-Forst lehrbuchgemäß als Mischwald bewirtschaftet, was die massenhafte Ausbreitung des Buchdruckers aus der Familie der Borkenkäfer hintanhält. Für ihr vom Wissenschaftsfonds FWF gefördertes Elise-Richter-Projekt hat die Forstentomologin (d. h. die auf Nützlinge und Schädlinge im Forst spezialisierte Forscherin) zwei Saisonen lang je zehn vom Niederschlag abgeschirmte Fichten mit zehn Kontrollbäumen verglichen, und auch die Borkenkäfer aus der Zuchtanlage im Keller der Universität für Bodenkultur bekamen Ausgang. Mit einem aufwändigen Versuchsansatz und dem engagierten Team am Institut für Forstentomologie, Forstpathologie und Forstschutz (IFFF) gelang so der erste empirische Nachweis dafür, dass trockengestresste Fichten tatsächlich besonders attraktiv für Borkenkäfer-Pioniere sind, also für die ersten Männchen, die den Baum erkunden.

Ein angepasster alter Bekannter

Beobachtungen zeigen, dass der Buchdrucker, wichtigster Schädling der Fichte, durch die zunehmende Hitze und Trockenheit menschengemachter Klimaveränderung begünstigt wird und sich mit mehreren Generationen pro Jahr entwickelt. „Schon in mehr als hundert Jahre alten Werken wurde die Beobachtung niedergeschrieben, dass trockene und warme Perioden seine Massenvermehrung fördern“, beschreibt die Projektleiterin. Beobachtungs- und Modellierungsstudien, die Klimadaten und Schadholzmengen abgleichen, wurden bereits viele durchgeführt. Aber Studien, die Zusammenhänge herstellen zwischen dem Geschehen im Baum, dem Verhalten der Borkenkäfer und der Pilze, mit denen sie vergesellschaftet leben, waren bisher selten. In einem FWF-geförderten Vorgängerprojekt untersuchte die Insektenspezialistin bereits Einzelbäume, testete Verfahren der Trockenstressmodellierung und entwickelte das System der Befallsboxen, um das Verhalten der Borkenkäfer an den Bäumen zu beobachten. In ihrem aktuellen Habilitationsprojekt bearbeitet Sigrid Netherer nun folgende Fragen: Was verändert sich bei Trockenstress biochemisch und physiologisch im Baum? Welchen Einfluss hat das auf sein Abwehrverhalten? Wie attraktiv finden Borkenkäfer gestresste Bäume? Und wie gut können sich Fichten gegen die Bläuepilze wehren, die mit dem Buchdrucker in Symbiose leben?

Der Baum wehrt sich mit Harz gegen den Einbohrversuch des Buchdruckers. Quelle: Sigrid Netherer/BOKU

Wassermangel und Harzproduktion

Fichten und Buchdrucker sind evolutionär aufeinander abgestimmt. Männliche sogenannte Pionierkäfer suchen mit ihrem ausgeklügelten Geruchssinn Bäume aus. Dann nutzen sie Harzbestandteile für arteigene Lockstoffe, rufen also Artgenossen gleichsam zu: „Das Buffet ist eröffnet!“ Erst mit der Massenvermehrung können sie gemeinsam das Abwehrsystem des Baumes überwinden. Das Forschungsteam ging 2019 und 2020 in einem älteren Fichtenbestand (80 Jahre und älter) im Rosaliengebirge, dem nordöstlichen Ausläufer der Alpen, ans Werk. Je zehn Bäume wurden mit bodennahen Dächern vom Regenwasser abgeschirmt und zehn als Kontrollbäume beprobt. Bei allen Bäumen bestimmten die Forscher:innen regelmäßig die Bodenfeuchte im Wurzelbereich, den Harzfluss und die Harzmenge, das Zweigwasserpotenzial und die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe im Harz. Letztere mit Unterstützung des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena und der Neuen Universität Lissabon (UNL).

Zudem wurde die Attraktivität für Borkenkäfer – sowohl der gestressten Bäume als auch der Kontrollbäume – mit Befallsboxen getestet. Im zweiten Jahr wurde auch die Immunabwehr der Bäume gegenüber Bläuepilzen, die der Buchdrucker immer im Gepäck hat, getestet. „Nadelbäume wehren sich mit Harz. Der typische Waldgeruch stammt von terpenoiden Stoffen darin, wobei Harzmenge, Zusammensetzung und Konzentration der Inhaltsstoffe darüber entscheiden, wie gut sich Bäume wehren können. Das ist sehr individuell.“

Überdachte Fichten im Rosalia-Trockenstressversuch. Quelle: Sigrid Netherer/BOKU

Beobachten in Befallsbox und Petrischale

Um Käfer und Bäume gezielt zusammenzuspannen, wurden mehrfach Befallsboxen angebracht und je 20 frisch geschlüpfte Buchdrucker aus der Zucht der Universität für Bodenkultur Wien angesetzt. Nach 24 Stunden prüften die Forscher:innen die Reaktion der Käfer (zum Beispiel den Baum verlassen, sich einbohren, unter der Rinde verstecken, inaktiv bleiben). Im zweiten Untersuchungsjahr pfropften die Forscher:innen dann gezüchtete Bläuepilze (Grosmannia penicillata) in die zwanzig untersuchten Fichten. Nach vier bzw. sechs Wochen vermaßen sie die Abwehrreaktion der Bäume. Die Größe der Wundreaktionszone gibt dabei an, wie lange die Bäume brauchten, um das Wachstum der Pilze zu stoppen.

Bisher ausgewertete Ergebnisse aus dem Freiland stützen die „Trockenstress als Einfallstor“-Theorie, aber das interessanteste Ergebnis brachte eine zusätzliche Beobachtungsstudie im Labor. Männliche Pionierkäfer durften in einer Petrischale zwischen zwei Rindenproben wählen: zum einen Rinde und Bast der zwanzig Bäume aus der Untersuchung (mit und ohne Dach), zum anderen Gewebe anderer, vitaler Fichten aus dem Forst, die nicht Teil des Trockenstressversuchs waren. 60 Minuten hatten die Pioniere Zeit zum Testen, Kosten, Riechen und Auswählen. „Im Vergleich wurden gestresste Bäume häufiger von den Käfern ausgewählt. Es zeigte sich auch eine deutliche Präferenz der Käfer für Proben, die von Bäumen mit eingeschränkter Abwehr stammten. Das ist der erste empirische Beweis für Primärattraktion, das heißt, dass die Buchdrucker trockengestresste Bäume mit eingeschränkter Abwehr wohl aktiv auswählen.“ 

Die chemischen Analysen zeigten, dass Testbäume mit vielen Einbohrungen (Borkenkäfer bohren sich durch die Rinde) stets geringere Konzentrationen von Inhaltsstoffen im Harz aufwiesen. Interessant wäre zu wissen, welche Kombinationen von Rindeninhaltsstoffen oder spezifischen Substanzen genau einen Baum für Borkenkäferbefall attraktiv machen. Um das herauszufinden, werden nun noch zusätzliche Proben auf weitere Inhaltsstoffe, wie Phenole, ausgewertet.


Lebenslauf

Sigrid Netherer studierte Forstwirtschaft an der Universität für Bodenkultur Wien. Zwei Jahre arbeitete sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Forstentomologie, Forstpathologie und Forstschutz (IFFF) und kehrte nach ihrer Karenz 2006 als Postdoc zurück. Zwischen 2005 and 2012 war sie zudem freiberufliche Beraterin im Bereich Forstwirtschaft und engagierte sich in der Umweltbildung für Kinder. Sie arbeitete Teilzeit in Projekten der Europäischen Kommission und war ab 2011 Projektleiterin in FWF-Projekten. Sie habilitierte sich im Jänner 2022. Das mit 350.000 Euro finanzierte FWF-Projekt Attraktivität trockengestresster Fichten für Buchdrucker läuft im Juni 2022 aus.


Publikationen

Netherer S., Kandasamy D., Jirosová A., Kalinová B. et al.: Interactions among Norway spruce, the bark beetle Ips typographus and its fungal symbionts in times of drought, in: Journal of Pest Science 2021

Netherer S., Schebeck M., Morgante G., Rentsch V., Kirisits T.: Spruce bark beetle, Ips typographus, males are attracted to bark cores of drought-stressed Norway spruce trees with impaired defenses in Petri dish choice experiments, submitted to Forests

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