Erwärmung stört die Beziehung zwischen Blüten und Bestäubern
Ohne den Duft von Rosen, Flieder und Maiglöckchen wäre unsere Geruchswelt um einiges ärmer. Doch Blütenduft richtet sich als chemisches Signal in erster Linie nicht an Menschen, sondern an Bestäuber. Zudem sind etliche Nutzpflanzen für die Befruchtung auf Insekten angewiesen. Wenn also die Blüten-Bestäuber-Interaktion durch die globale Erwärmung beeinträchtigt wird, wirkt sich das auch auf die Ernte aus. In seinem Lise-Meitner-Projekt hat der Insektenforscher Guaraci Duran Cordeiro von der Universität São Paulo, unterstützt vom Wissenschaftsfonds FWF, erforscht, wie sich globale Erwärmung auf die Beziehung zwischen drei Nutzpflanzen und drei Bestäubern auswirkt. Im Flugkäfig des Botanischen Gartens der Universität Salzburg, einem eingenetzten Freiluft-Labor für kontrollierte Bestäubungsexperimente, verglich er die Anziehungskraft von Erdbeeren und Buchweizen bei physiologisch optimalen Temperaturen mit der veränderten Zusammensetzung des Blütendufts bei fünf Grad Erwärmung.
Das Lockmittel entschlüsseln
Für die Experimente im Rahmen des FWF-Projekts wurden Nutzpflanzen aus verschiedenen Pflanzenfamilien ausgewählt: Erdbeere (Familie der Rosengewächse), Buchweizen (Familie der Knöterichgewächse) und Raps (Familie der Kreuzblütler) sowie als Bestäuber die Westliche Honigbiene, die Dunkle Erdhummel und die Rote Mauerbiene, alle aus der Gruppe der Hautflügler. In vielen methodischen Schritten tastete sich der Projektleiter zwischen Juni 2019 und Oktober 2021 in Kooperation mit Stefan Dötterl, Leiter der Arbeitsgruppe Pflanzenökologie und des Botanischen Gartens in Salzburg, an den Einfluss eines starken Klimawandel-Szenarios von fünf Grad Erwärmung auf die chemische Kommunikation heran. Die Beobachtung des Verhaltens im Flugkäfig bei sonnigem Wetter war dabei nur der letzte Schritt.
Zunächst wurde für alle drei Nutzpflanzen der Blütenduft in Intensität und Zusammensetzung für die zwei Szenarien „optimal“ und „plus fünf Grad“ eingefangen und die chemische Zusammensetzung mittels Gas-Chromatografie und Massenspektrometrie analysiert. „Es gibt sehr komplexe Blütendüfte aus bis zu 200 chemischen Komponenten. Raps und Buchweizen bringen es immerhin auf rund 20 Bestandteile, der Duft von Erdbeerblüten auf fünf“, berichtet der Projektleiter. Anschließend wurden die Blütendüfte aus beiden Szenarien synthetisch nachgebaut und an den Antennen der bestäubenden Insekten getestet. Mittels Elektroden lässt sich herausfinden, ob die Duftmischung eine physiologische Reaktion auslöst. Am stärksten reagieren die Insektenfühler dabei auf die Hauptkomponenten der Blütendüfte. Daraus lässt sich schlussfolgern: Je weniger Bestandteile ein Blütenduft hat und je empfindlicher die Hauptkomponenten auf Wärme reagieren, desto schlechter stehen auch die Chancen im Klimawandel.
Nur zwei von drei
Es zeigte sich, dass die chemischen Signale von Raps auch im Szenario mit erhöhter Temperatur unbeeinflusst blieben. Der Buchweizen hingegen wies im „Plus fünf Grad“-Szenario eine deutlich verringerte Duftintensität auf, die Zusammensetzung des chemischen Signals blieb aber für die Bestäuber identifizierbar. Nur die Erdbeeren konnten im Klimawandel-Szenario gar nicht mithalten, da sie bei der Simulation von fünf Grad mehr gar keinen nachweisbaren Blütenduft mehr produzieren und so auch von Bienen, Hummeln und Co. möglicherweise nicht gefunden würden. Natürlich sind für das Zusammenspiel von Bestäubern und Blüten auch visuelle Reize wichtig, aber alleine reicht das als Lockmittel oft nicht aus.
Viele Stunden verbrachte der Biologe in dem Flugkäfig und beobachtete, wie die drei bestäubenden Insekten auf seine Kunstblumen aus Papier reagierten. Er führte Protokoll über die chemische Anziehung. Auf das Papier war jeweils die Duftmischung „optimal“ im Vergleich zu „durch Erwärmung verändert“ und als Kontrolle Lösungsmittel aufgebracht. Viele Fragen bleiben zwischen Biene und Blume noch offen, etwa wie sich verfrühte Blühzeiten bei wärmeren Bedingungen auswirken und ob es Schwellenwerte für die Duftwahrnehmung gibt. Aber es konnte das erste Mal gezeigt werden, dass die Interaktion zwischen Pflanzen und Bestäubern unter den Bedingungen des Klimawandels gestört wird, da die Insekten manche Nutzpflanzen nicht mehr so wie bisher wahrnehmen können.
Zur Person
Guaraci Duran Cordeiro machte sein Doktorat in Entomologie an der Universität São Paulo in Brasilien. Für seine Postdoc-Forschung in chemischer Ökologie arbeitete er ebendort zur Wirkung flüchtiger Blütendüfte auf nachtaktive Bienen und an der Universität Salzburg zu den Effekten der Klimaerwärmung auf Blütendüfte von Nutzpflanzen und deren chemische Interaktion mit Bestäubern. Aktuell forscht er zur Bestäuber-Pflanzen-Interaktion, Bestandsaufnahme und Monitoring von Bestäubern und Bienen-Biologie. Das Projekt „Klimawandeleffekte auf Nutzpflanzen-Bestäuber-Interaktionen“ (2019–2021) wurde vom Wissenschaftsfonds FWF mit knapp 160.000 Euro finanziert.
Publikationen
Cordeiro GD, Liporoni R., Caetano CA, Krug Ch.: Nocturnal Bees as Crop Pollinators, in: Agronomy 2021
Cordeiro GD, Dötterl S.: Global warming impairs the chemical attractiveness to pollinators, submitted in: Climatic Change (Preprint)
