Der Boden ist mit Leichen übersät, die von einem tödlichen Parasiten getötet wurden. Während die Körper mit dem wachsenden Laich des Parasiten eitern, fangen sie an zu stinken und in hellem elektrischem Blau zu leuchten. Schließlich platzten sie auf und enthüllten die nächste Generation von Mördern, die aus Überresten krabbelten, um ihr nächstes Opfer zu finden. Nein, dies ist nicht der nächste Pandemiefilm: Es ist eine alltägliche Szene, die von einer Partnerschaft zwischen Bakterien und Würmern angetrieben wird. Jetzt versuchen Wissenschaftler, dieses dynamische Duo besser zu verstehen und daraus ein kommerzielles Produkt zu machen, das den Landwirten zugute kommt.
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Der beige, einen halben Millimeter lange Fadenwurm sieht kaum wie eine parasitäre Bedrohung aus. Diese winzigen Krabbler verbringen die meiste Zeit damit, durch den Boden zu schwimmen, gelegentlich auf ihren Schwänzen zu stehen und ihre kleinen Köpfe durch die Oberfläche zu stecken. Aber wirklich, sie warten nur auf ihre Zeit. Sobald sie spüren, dass ein ahnungsloses Insekt vorbeizieht, überfallen sie es. Ein Fadenwurm kann wie eine Kanonenkugel aus dem Boden schießen und sich bis zu 10 Zentimeter weit ausbreiten, um seine unglückliche Beute zu infizieren.
Nach der Landung auf einem Opfer dringt der Fadenwurm durch jede Öffnung, die er finden kann, in die Innereien des Insekts ein oder hackt sich mit einem speziellen Zahn ein. Dieser Parasit ist so klein, dass sein Opfer nichts fühlt. Aber der Wurm hat eine tödliche Waffe im Bauch, die nur darauf wartet, wieder erbrochen zu werden: das Bakterium Photorhabdus luminescens . Die Toxine, die dieses Bakterium produziert, sind so stark, dass 10 Zellen ein Insekt in nur 24 Stunden töten können. Die Bakterien setzen auch Chemikalien frei, die verhindern, dass sich die Leiche zersetzt, sodass die Nematoden immer eine frische Mahlzeit zum Knabbern haben. Betrachten Sie es als das ultimative Bed & Breakfast.
Die Nematoden fressen sich etwa zwei Wochen lang satt oder bis sie die Kapazität zum Platzen des Wirts erreicht haben. Dann explodieren sie durch die Leiche in den Boden, in einer Live-Action-Version der Szene aus Tim Burtons Nightmare Before Christmas, als Oogie Boogie aus allen Nähten auftaucht und eine zappelnde Kolonie von Käfern entdeckt. Auf dem Weg aus dem verbrauchten Wirt lädt jeder Nematode sein tödliches Bakterienarsenal nach, indem er ein paar Photorhabdus- Zellen verschlingt . Dann sind sie wieder auf der Suche nach ihrem nächsten Opfer.
Was die Nematoden und ihre bakteriellen Helfer nicht wollen, ist, dass ein Raubtier ihre geliebte Leiche nach Hause schnappt, bevor sie die Chance haben, ihren Lebenszyklus abzuschließen. Und draußen in Ihrem Garten ist es eine Welt, in der Hunde fressen: Größere Käfer, kleinere Käfer mit großem Appetit wie Ameisen oder sogar Vögel, die nach einer Mahlzeit Ausschau halten, wollen unbedingt einen hilflosen Insektenleichnam abschleppen, um sich zu ernähren. Hier kommen die bakteriellen Kumpels wieder ins Spiel.
Photorhabdus hört nicht damit auf, den Wirt der Insekten zu töten, damit der Fadenwurm fressen und Babys ungehindert gebären kann. Sie verwandeln die Leiche auch in ein grelles Spektakel, das als Verteidigungsstrategie dienen könnte. Zunächst scheiden die Bakterien Chemikalien aus, die den Insektenkörper ziegelrot färben. Dies ist eine häufige Warnung vor Insekten, die besagt: „Iss mich nicht! Ich bin ekelhaft! "
Für Raubtiere, die optisch nicht so anspruchsvoll sind, stoßen die Bakterien auch einen schrecklichen Gestank aus. Wie schrecklich? "Sie riechen wirklich schlecht", sagt Rebecca Jones, Dozentin für Populationsgenetik an der Universität Liverpool, die dieses Duo aus Fadenwürmern und Bakterien untersucht. „Es riecht nicht nach Fäulnis oder Verrottung.“ Stattdessen riechen sie nach Pyrazin, einer organischen Verbindung, die Entomologen als Klingelzeichen für Insektenalarme kennen. Für diejenigen, die keine Bug-Experten sind, sagt Jones: "Es ist ein bisschen wie Mandeln."
Als ob das nicht genug wäre, als letzte Berührung leuchten die Bakterien von innen heraus und lassen ihre Beute wie eine leuchtend blaue Papierlaterne auf.
Diese Leiche aus Wachsmotten beherbergt Tausende von Nematoden, die mit ihren Bakterienpartnern aufbrechen, um ihre nächsten Opfer zu suchen. (Peggy Greb, USDA Agricultural Research Service) Aber ist das nicht alles ein bisschen übertrieben? Jones glaubt, dass es Teil einer konzertierten Anstrengung ist, so bizarr unappetitlich wie möglich zu sein, damit die Nematoden sicher bleiben und sich im Inneren beschäftigen können. "Unsere Hypothese ist, dass sie über eine Reihe von Abwehrmechanismen verfügen, um die parasitäre Kolonie vor dem Raub einer ganzen Reihe verschiedener Raubtiere zu schützen", sagt Jones, der als Erstautor an einer kürzlich in der Zeitschrift Animal Behavior veröffentlichten Studie teilnimmt, die versucht, sie zu ärgern abgesehen von diesen Verteidigungsstrategien.
"Durch die Kombination von zwei, drei oder sogar vier Signalen kann die parasitäre Gemeinschaft besser geschützt werden", sagt sie.
Um das Rätsel zu lösen, holte sie Hilfe von ein paar Raubvögeln: Wilde Kohlmeisen, die aus einer Region in Finnland stammen, in der der Fadenwurm Heterorhabditis normalerweise nicht gefunden wird. Dies war wichtig, da die Vögel keine vorgefassten Vorstellungen darüber hatten, wie diese Insekten aussehen oder riechen sollten, was sie zu idealen Testpersonen machte.
Für ihre Experimente präsentierte Jones separat 30 Kohlmeisen mit einer Auswahl von acht Wachswürmern, die sie mit Nematoden infiziert hatte. Das Experiment sollte bestimmen, ob Farbe, Geruch oder eine Kombination der beiden die stärkste Abschreckung darstellen. In den Nur-Duft-Versuchen verwendete sie nicht infizierte, normale weiße Wachswürmer in einer Schale, unter denen stinkende, infizierte Würmer versteckt waren. Um nur die Farbe zu testen, füllte sie rote, infizierte Würmer in einen klaren, geruchsundurchlässigen Behälter und zählte, wie oft die Vögel versuchten, sie zu picken.
"Das Überraschendste, was wir gesehen haben, war, dass es nicht die Kombination von Strategien war, die am besten funktionierte", sagt Jones. Während ein roter Warnton und ein schrecklicher Geruch beide unabhängig voneinander wirkten, war die gemeinsame Anwendung nicht so effektiv, um den Tod durch Kohlmeisen zu vermeiden. Wie sich herausstellte, waren die Vögel dem Verzehr von alten stinkenden Insekten am meisten abgeneigt. "Der Duft als solcher hat in der Regel sogar die Farb- und Duftstudien, die wir durchgeführt haben, in den Schatten gestellt", sagt Jones.
Wissenschaftler vermuteten, dass das duftende Spektakel, mit dem die Bakterien beschmiert wurden, „wie ein unbesetztes Schild in einem Motel mit der Aufschrift„ Friss mich nicht, ich bin schrecklich ““ war, sagt Richard Ffrench-Constant, Professor für molekulare Naturgeschichte an der Universität die University of Exeter, die nicht an der Studie beteiligt war.
Diese Ergebnisse zeigen ein wirkungsvolles Beispiel für Symbiose in Aktion. Die Bakterien können in freier Wildbahn nicht alleine überleben. Sie brauchen den Fadenwurm, um sie von einem Insekt zum anderen zu transportieren. Umgekehrt braucht der Fadenwurm die Bakterien, um den Wirt abzutöten und zu verhindern, dass er gefressen wird. Für Ffrench-Constant ist dies ein weiteres faszinierendes Beispiel aus dem aufstrebenden Gebiet der Mikrobiomforschung. "Wir sind an der Spitze eines großen Eisbergs", sagt er, wenn es um diese besondere bakterielle Partnerschaft geht. "Es gibt so viel über diese Bugs, dass wir es nicht verstehen."
Während Fadenwürmer über dem Boden angreifen können, töten sie den größten Teil unter der Oberfläche, indem sie sich in Rudeln unter der Oberfläche fortbewegen und ihre Beute durch chemische Signale verfolgen. Aus diesem Grund, so Ffrench-Constant, wären die Verteidigungsstrategien der Bakterien besser demonstriert worden, wenn Ameisen anstelle von Vögeln verwendet worden wären. "Ich kann mich nicht davon überzeugen, dass in Ihrem Garten, wenn diese Dinge Ihre Wachswürmer töten, es Titten sein werden, die herunterkommen, um die Haupträuber zu sein", sagt er.
Andere Rätsel gibt es zuhauf. Die Anzahl der von diesen Bakterien ausgeschiedenen chemischen Verbindungen liegt beispielsweise bei Tausenden, und die Forscher wissen immer noch nicht, wofür sie verwendet werden. "Nun gut", sagt Ffrench-Constant, "wenn diese eine Chemikalie Ameisen abwehrt oder Vögel abwehrt, was machen dann die anderen 999?"
Obwohl es noch viel zu verstehen gibt, haben die Landwirte dieses mächtige, winzige Duo bereits ausgenutzt. Landwirte können Fadenwürmer kaufen, um sie auf ihren Feldern als chemische Pestizidalternative zu versprühen. Dies ist den Forschern zu verdanken, die effiziente Methoden zur Massenproduktion dieser Insekten im Labor ausarbeiten. Die Nematoden wurden sogar verwendet, um Florida-Orangen vor dem Untergang an den hungrigen Mandibeln des Zitruswurzel-Rüsselkäfers zu bewahren.
Landwirte und Hausgärtner fangen endlich an, das nachzuholen, was die Pflanzen anscheinend von Anfang an gewusst haben. Obwohl Jones ihre Nematoden nicht für außerschulische Experimente aus dem Labor mit nach Hause genommen hat - ihre Wohnung in Liverpool hat keinen Garten -, predigt sie immer noch das parasitäre Nematoden-Evangelium. Sie sagt: „Ich habe es meinem Großvater gesagt, und er wollte ein paar kaufen und es allen seinen Freunden erzählen. Sie sind eine kleine Nematoden-Gartengemeinschaft. “
