20.07.09 Männliches Pheromon verbleibt 10 Tage auf weiblichen Fruchtfliegen und senkt deren Attraktivität

Forscher haben neues Sexualpheromon bei Fruchtfliegen entdeckt

Fruchtfliegen-Weibchen wirken auf männliche Fruchtfliegen höchst attraktiv - solange sie jungfräulich sind. Nach erfolgter Begattung meiden paarungswillige Männchen die Weibchen jedoch viele Tage lang.

Ein Forscherteam von der Universität Münster und der "Harvard Medical School" in den USA hat nun eine Substanz entdeckt, die dieses Vermeidungsverhalten auslöst. Der Botenstoff wird während der Paarung vom Männchen auf das Weibchen übertragen und sorgt dafür, dass die erfolgreich begattete Fliege auf andere Männchen nicht mehr anziehend wirkt.

Abb. 1: Vor der Paarung (ganz rechts) steht bei Fruchtfliegen ein ritualisiertes Werbeverhalten. So "bezirzt" das Männchen seine Partnerin unter anderem mit abgespreiztem Flügel (links), während es sie verfolgt.
Quelle: Dreisewerd/Yew

Insekten verwenden zur chemischen Kommunikation spezielle Kohlenwasserstoff-Verbindungen, die sie auf ihrer Körperoberfläche präsentieren. Diese Botenstoffe werden von anderen Insekten über den Geruchssinn wahrgenommen oder durch Kontaktrezeptoren, die zum Beispiel auf den Beinen liegen, "erschmeckt" - nach dem gleichen Prinzip, nach dem ein Mensch mit Rezeptoren auf der Zunge seine Nahrung schmeckt. Eine besonders wichtige Rolle spielen so genannte Sexualpheromone, die den Geschlechtstrieb anregen oder auch bremsen. Zwar sind diese Botenstoffe und ihr Einfluss auf das Paarungsverhalten bei der Fruchtfliege bereits gut untersucht. Dennoch konnten die chemischen Daten bislang nicht erklären, weshalb Fruchtfliegen-Männchen die Weibchen noch Tage nach einer Paarung meiden.

Die Vermutung von Wissenschaftlern, dass noch weitere nicht identifizierte Botenstoffe existieren, hat sich durch die Ergebnisse des deutsch-amerikanischen Teams nun bewahrheitet: Die Forscher konnten durch den Einsatz moderner massenspektrometrischer Verfahren eine Vielzahl neuer Verbindungen auf der Körperoberfläche von Fruchtfliegen nachweisen. Diese Stoffe zeichnen sich durch eine besonders große Länge der Kohlenwasserstoffketten aus. Zudem enthalten sie ein oder mehrere Sauerstoffatome. Beides macht sie weniger flüchtig und damit der bisher zumeist angewandten Untersuchungsmethode, der Gaschromatografie, schwer zugänglich.

Abb. 2: Fliege im Massenspektrometer. Der Punkt des Laserstrahls ist im Schulterbereich zu sehen.
Quelle: Dreisewerd

Bei dem an der Universität Münster entwickelten Verfahren wurden nun erstmals ganze Insekten ins Vakuum (2-4 mbar Ar) eines Flugzeitmassenspektrometer eingeschleust, was den Tod der Tiere verursacht. Ein feiner Strahl eines Ultraviolett-Lasers tastet dann die Fliegen mit einer Auflösung von lediglich 200μm ab und verdampft die Botenstoffe von ihrer Körperoberfläche. Weil ein Teil der abgelösten Moleküle gleichzeitig ionisiert wird, also eine Ladung trägt, können diese Moleküle mit elektrischen Feldern manipuliert und im Massenspektrometer nach der für jedes Molekül spezifischen Masse aufgetrennt werden. Auf diese Weise können die Wissenschaftler die Substanzen identifizieren. Die Methode nennt sich UV-LDI-o-TOF MS also "ultraviolet laser desorption/ionization orthogonal time-of-flight mass spectrometry".

Eine bestimmte Kohlenwasserstoff-Verbindung kommt in hoher Konzentration auf der Oberfläche des Geschlechtsorgans männlicher Fruchtfliegen vor. Dieser Befund veranlasste die Forscher, diese Substanz - mit der Nummer "CH503" versehen - genauer unter die Lupe zu nehmen. Tatsächlich wird der Stoff bei der Begattung von der männlichen auf die weibliche Fruchtfliege übertragen und ist dort dann mit der neuen Methode etwa zehn Tage lang nachweisbar.

CH503: 3-O-Acetyl-1,3-dihydroxy-octacosa-11,19-dien (mögliches Isomer)

Im Verhaltensexperiment zeigte sich zudem, dass "CH503" als Pheromon wirkt und Fruchtfliegen-Männchen tatsächlich von der Paarung abhält - mit dem Pheromon "einparfümierte" jungfräuliche Weibchen werden unattraktiv. "Unsere Ergebnisse könnten eine bislang offene verhaltensbiologische Frage klären - weshalb nämlich begattete Fruchtfliegen-Weibchen so lange von möglichen Paarungspartnern gemieden werden", sagen die beiden Hauptautoren der Studie, Dr. Joanne Yew von der "Harvard Medical School" und Privatdozent Dr. Klaus Dreisewerd vom Institut für Medizinische Physik und Biophysik der WWU.

Wissenschaftler vermuten, dass die Vermeidung von mehreren Paarungen hintereinander für Fruchtfliegen Vorteile hat: Die Männchen "sind auf der sicheren Seite" - ihre Erbanlagen werden ungestört übertragen und nicht durch Konkurrenz verdrängt. Die Weibchen verschwenden keine Energie auf überflüssige Paarungen, sondern können sich in Ruhe der Suche nach einem geeigneten Ei-Ablageplatz widmen.

Quelle:

A New Male Sex Pheromone and Novel Cuticular Cues for Chemical Communication in Drosophila
J. Y. Yew, et. al., Curr. Biol. 2009, DOI: 10.1016/j.cub.2009.06.037

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Männliches Pheromon verbleibt 10 Tage auf weiblichen Fruchtfliegen und senkt deren Attraktivität
(URL: https://www.organische-chemie.ch/chemie/2009jul/pheromone.shtm)

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