Wird es den Wespen zu heiß?
2019 gelangte das Thema erstmals an die breite Öffentlichkeit: Internationale Studien berichteten von einem nie dagewesenen globalen Insektensterben. Durchschnittlich nimmt die Zahl der Insekten pro Jahrzehnt um fast zehn Prozent ab, bis zu 40 Prozent der Arten könnten in den nächsten Jahrzehnten aussterben. Die Gründe dafür sind vielfältig, Landnutzung und Pestizideinsatz sind wichtige Faktoren, doch die genauen Mechanismen sind kaum verstanden. Insbesondere ist bislang unklar, wie die Insekten auf den Temperaturanstieg durch den Klimawandel reagieren. Eine Gruppe um den Biologen Helmut Kovac hat nun in einem vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekt den Energiehaushalt mehrerer Wespenarten in Bezug auf die Umgebungstemperatur genauer untersucht.
Wespen als Modell
Das Grazer Team konzentriert sich auf Feldwespen, die als Modellorganismen gut geeignet sind, wie Projektleiter Kovac erklärt: „Feldwespen bauen im Gegensatz zu den gemeinen Wespen, die wir alle kennen, relativ kleine Nester mit bis zu maximal 100 Individuen, die offene Waben haben und deshalb für Verhaltensstudien gut einsehbar sind.“ Feldwespen nehmen außerdem eine Sonderstellung ein, was die Regulation ihrer Körpertemperatur angeht. Während bei Wirbeltieren zwischen Warmblütern und Kaltblütern – endothermen und ektothermen Lebewesen – unterschieden wird, verläuft die Trennlinie bei Insekten nicht so klar. „Feldwespen sind eine Art Zwischenstufe bei den Insekten. Bienen sind in der Lage, ihre Körpertemperatur aktiv auf bis zu 45 Grad zu erhöhen. Feldwespen hingegen leben die meiste Zeit über ektotherm, sind aber sehr wohl in der Lage, ihre Körpertemperatur beim Fliegen, Sammeln oder beim Attackieren von Feinden zu erhöhen“, erklärt Kovac. An ihnen lassen sich daher verschiedene Aspekte der Regulation der Körpertemperatur untersuchen.
Wespen mit unterschiedlichen Lebensräumen
Für seine Arbeit hat ein Team um Kovac unter den etwa 15 europäischen Arten von Feldwespen drei ausgewählt. „Alle diese Arten kommen ursprünglich aus dem Süden, aus wärmeren Regionen“, so der Forscher. Die bekannteste ist die bei uns weit verbreitete gemeine Feldwespe, Polistes dominula, die sehr anpassungsfähig ist und auch auf andere Kontinente verschleppt wurde, wo sie sich invasiv ausbreitet. „Dazu haben wir eine Schwesternart angesehen, Polistes gallicus, deren Verbreitung auf den mediterranen Raum beschränkt ist“, führt Kovac aus. Als dritte Art wählte man eine Bergwespe, die erst in Höhen über 1000 Metern vorkommt und die ebenfalls mit den anderen verwandt ist.
Kovac wollte herausfinden, wie viel Energie die Tiere verbrauchen. Dazu überwachte das Forscherteam, wie viel CO2 die Tiere abgeben, analog zu der Methodik bei Fitness-Checks mit Menschen, wo bei Ergometer-Einheiten das Atemgas aufgefangen und ausgewertet wird. Die Wespen wurden in luftdichte Glasröhrchen eingeschlossen und das darin produzierte CO2 gemessen. „Zusätzlich haben wir die Tiere in ihrem Lebensraum mit Video- und Infrarotkameras beobachtet“, so der Biologe. Diese Aufnahmen wurden später ausgewertet, um genau zu wissen, wie aktiv die Tiere waren und wie hoch ihre Körpertemperatur war.
Energiebedarf steigt mit Temperatur
Es zeigte sich, dass es mit höherer Umgebungstemperatur zu einem starken Anstieg des Energieumsatzes der Tiere kommt. „Wir beobachteten einen exponentiellen Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur und Energieverbrauch“, berichtet Kovac. Während dieser Zusammenhang bei der gemeinen Feldwespe aus Österreich und bei der mediterranen Art aus Italien annähernd gleich war, zeigte sich bei der in den Bergen heimischen Art ein stark reduzierter Energiebedarf. „Wir führen das darauf zurück, dass die alpinen Wespen durch die niedrigere Außentemperatur in ihren Möglichkeiten, Nahrung zu sammeln, eingeschränkt sind“, sagt der Forscher. Weil Feldwespen bevorzugt ektotherm leben, ist ihre Körpertemperatur im Ruhezustand mit der Außentemperatur identisch, während Honigbienen oder andere Wespen einfacher von selbst ihre Körpertemperatur erhöhen und so unabhängig von der Außentemperatur agieren können.
„Für Feldwespen muss es mindestens 20 Grad haben, damit sie fliegen und sammeln können“, sagt Kovac. Eine höhere Außentemperatur hat also verschiedene Konsequenzen. Die Tiere können häufiger ausfliegen, müssen aber auch mehr Futter sammeln, um den höheren Energieverbrauch abzudecken. Eine einfache Prognose über die Auswirkungen der Klimaerwärmung ist damit nicht möglich, da die verschiedenen Faktoren gegeneinander abgewogen werden müssen. „Unser Ziel ist es, ein Modell aufzustellen, mit dem wir spezifische Fragen stellen und beantworten können“, erläutert Kovac. „Wie viel Energie verbraucht ein Tier in Summe während seiner Lebenszeit? Wie viel braucht eine Kolonie während einer Brutsaison unter bestimmten klimatischen Bedingungen?“
Königinnen brauchen Fettreserven
Die Wespen, die man in der Natur zu Gesicht bekommt, sind in der Regel Arbeiterinnen – Kovac nennt sie „Sommerwespen“, weil sie im Herbst sterben. Nur die Königinnen überwintern und gründen im Frühjahr eine neue Kolonie. Für die Überwinterung legen sie im Herbst Fettvorräte an. Nach seinen Studien an Sommertieren untersuchte das Team um Kovac speziell die Königinnen und maß deren Energieverbrauch. Auch dabei zeigten sich Unterschiede: „Wir haben gesehen, dass die mediterrane Art einen niedrigeren Grundstoffwechsel als die bei uns heimische gemeine Feldwespe hat.“ Für diese Art war das unerwartet. „Wir vermuten, das kommt daher, dass die mittlere Temperatur im Winter im Süden höher ist“, mutmaßt der Forscher.
Um die gesteigerte Stoffwechselaktivität durch die höhere Temperatur zu kompensieren, mussten sie in der evolutionären Anpassung über Jahrmillionen ihren Grundstoffwechsel senken, damit sie mit den vorhandenen Fettreserven über den Winter kommen. „Die Frage ist, ob die Arten genügend Fettreserven haben, wenn die Temperaturen steigen“, betont Kovac. Die Untersuchungen diesbezüglich laufen noch, die gesammelten Daten über den Fettstoffwechsel und die mikroklimatischen Verhältnisse in den Überwinterungsplätzen der Königinnen sind gerade in Auswertung. Das vom FWF geförderte Projekt, an dem Kovac mit seinen Kollegen Helmut Käfer und Anton Stabentheiner arbeitete, hatte eine Laufzeit von dreieinhalb Jahren und wurde 2020 abgeschlossen. In einem Folgeprojekt will das Forscherteam das Brutverhalten sowie die Larven und Puppen genauer untersuchen.
Kooperation mit Klimaforschung
Kovac betont, dass genaue Aussagen über Bedrohungsszenarien für Insekten durch den Klimawandel nach wie vor schwierig sind. „Man muss da wirklich jede Art genau analysieren. Noch ist schwer zu sagen, welche Arten wie gefährdet sind“, sagt Kovac. Die Wespen sind dabei nicht nur als Modellorganismus interessant, sondern nehmen im heimischen Ökosystem eine vielfach unterschätzte Rolle ein, indem sie Larven von Motten und ähnlichen Tieren fressen und so für die Landwirtschaft als Nützlinge gelten. Kovacs Erkenntnisse über den Stoffwechsel sollen als Grundlage für Forschungspartnerschaften mit Gruppen dienen, die auf Klimaforschung spezialisiert sind. „Dann können wir genauere Prognosen abgeben, welche Arten gefährdet sind und welche vielleicht sogar von höheren Temperaturen profitieren“, hofft Kovac.
Zur Person
Helmut Kovac forscht am Institut für Biologie an der Universität Graz in der Abteilung für Ökophysiologie. Er interessiert sich für Thermobiologie, Energiehaushalt und Atmung bei Insekten, insbesondere bei Wespen und Bienen. Das dreijährige Grundlagenprojekt „Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Energetik von primitiv eusozialen Wespen“ wurde vom Wissenschaftsfonds FWF mit rund 350.000 Euro gefördert.
Publikationen
Helmut Kovac, Bettina Kundegraber, Helmut Käfer et al.: Relation between activity, endothermic performance and respiratory metabolism in two paper wasps: Polistes dominula and Polistes gallicus, in: Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, Vol. 250, 2020
Helmut Kovac, Helmut Käfer, Anton Stabentheiner: The Respiratory Metabolism of Polistes biglumis, a Paper Wasp from Mountainous Regions, in: Insects 2020
Helmut Kovac, Helmut Käfer, Anton Stabentheiner: The Thermoregulatory Behavior of Nectar Foraging Polistine Wasps (Polistes dominula and Polistes gallicus) in Different Climate Conditions, in: Insects 2019
Helmut Kovac, Helmut Käfer, Iacopo Petrocelli, Anton Stabentheiner: Comparison of thermal traits of Polistes dominula and Polistes gallicus, two European paper wasps with strongly differing distribution ranges, in: Journal of Comparative Physiology B 2017
