Das Interesse baut sich immer wieder um das Mikrobiom herum auf - die Billionen von Mikroorganismen, die in den Körpern größerer Tiere leben und eine Rolle bei Phänomenen zu spielen scheinen, die von der menschlichen Stimmung und dem Appetit bis zur Geschlechtsbestimmung bei rollen Umfragen reichen. Der neueste mikrobielle Trick ist ebenso ickelig wie beeindruckend: Bakterien, die in Kakerlaken leben, scheinen das Zusammensein von Insekten zu kontrollieren, indem sie den Poop ihrer Wirte mit chemischen Hinweisen verschnüren.
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"Erst jetzt beginnen wir, die Beteiligung von Mikroben an der Tierkommunikation und an Verhaltenssystemen zu begreifen", sagt Coby Schal, Professor für Entomologie an der North Carolina State University. "Dies ist eines der saubersten Beispiele für diese Art von Dingen."
Frühere Studien zur Fäkalien-bezogenen Facette des Mikrobioms konzentrierten sich hauptsächlich auf Säugetiere, insbesondere auf die Rolle von durch Bakterien produzierten Fettsäuren in den Hyänen-Duftdrüsen in der Nähe des Anus. Diese chemischen Signale scheinen eine Rolle bei der Unterscheidung der Gruppenmitglieder von Außenstehenden zu spielen. Aber kontrollierte Experimente an Hyänen durchzuführen ist keine leichte Aufgabe.
"Hier sind Insekten, insbesondere Kakerlaken, praktisch", sagt Schal. "Wir können sie leicht unter sterilen Bedingungen aufziehen und Fäkalien transplantieren."
Schal und seine Kollegen konzentrierten sich auf deutsche Kakerlaken, die hartnäckigen Haushaltsschädlinge, die Küchen, Bäder und Restaurants auf der ganzen Welt befallen. Kakerlaken haben die charmante Tendenz, sich dort niederzulassen, wo sie leben und schlafen, sagt Schal, und sie sind auch gesellige Insekten - solche, die ihre Zeit gern in Gruppen verbringen. Kot entwickelte sich daher zu einem olfaktorischen Signal, um Kakerlaken zu Freunden zu führen.
"Es ist also nicht unvernünftig, dass die Signale im Kot mit Bakterien in Verbindung gebracht werden, weil die Hinterpfoten der Insekten mit Bakterien beladen sind", sagt Schal.
Um diese Hypothese auf den Prüfstand zu stellen, bestätigten Schal und seine Kollegen zunächst, dass deutsche Kakerlaken tatsächlich von ihrem eigenen Kot angezogen werden - eine Entdeckung, die erstmals in den 1970er Jahren von anderen Forschern gemacht wurde. Sie präsentierten Kakerlaken aus der Laboraufzucht mit einem Lösungsmittel ihrer Art und stellten fest, dass die Kakerlaken, selbst wenn sie es aus der Ferne erkennen mussten, geradewegs auf den Kot zusteuerten.
"Es ist ein wunderschönes Verhalten, wenn sie den Geruch ihres eigenen Kots mögen", sagt Schal.
Als nächstes sterilisierten die Forscher Schabeneier und züchteten die Babys unter sterilen Bedingungen, was bedeutet, dass diese Insekten keine Bakterien in ihrem Darm oder Kot enthielten. Das Team präsentierte dann Proben von sterilem und nicht sterilem Poop, um Nymphen zu untersuchen, welche sie bevorzugten.
Die bakterienfreien Fäkalien seien "unglaublich weniger effektiv" gewesen, um die Aufmerksamkeit anderer Kakerlaken auf sich zu ziehen, sagt Schal. Bei einer genaueren Betrachtung der sterilen und der nicht sterilen Probe stellten die Forscher fest, dass diese größtenteils nicht über flüchtige Fettsäuren verfügten, die auch als Carbonsäuren bezeichnet werden und Fermentationsprodukte bakterieller Aktivität sind.
"Unsteriler Kot enthält riesige Mengen dieser Säuren, während viele Verbindungen fehlten und die meisten in sterilem Kot stark unterrepräsentiert waren", sagt Schal. "Dies deutete auf eine Korrelation zwischen dem Verhalten, das wir sahen, und der Chemie hin."
Um die Verbindung besonders sicher zu stellen, suchten die Forscher nach sechs der bekanntesten Verbindungen und stellten eine synthetische Mischung von ihnen her, die Kakerlaken hochwirksam anzog und sie zur Aggregation brachte.
"Wir schließen daraus, dass es eher die Bakterien als die Kakerlake selbst sind, die an der Erzeugung dieses Signals beteiligt sind", sagt Schal. Er und seine Kollegen berichteten heute in den Proceedings der National Academy of Sciences über ihre Ergebnisse.
Diese „sehr interessanten“ Ergebnisse könnten wichtige Auswirkungen auf die Schädlingsbekämpfung haben, so Philip Koehler, Professor für Entomologie an der Universität von Florida, der nicht an der Forschung beteiligt war.
"Wenn Sie in der Lage sind, Kakerlaken dazu zu bringen, sich um eine Behandlung zu sammeln, sei es ein Köder oder ein Spray, dann könnten Sie wahrscheinlich eine bessere Kontrolle erhalten", sagt er. "Was wir jetzt tun, sind Behandlungen, die nicht darauf beruhen, wo Kakerlaken sind, sondern wo wir sie erwarten."
Alternativ, fügt er hinzu, könnte die Kotchemie verwendet werden, um Kakerlaken in eine Falle zu locken, sodass sie aus einem Haushalt oder Geschäft entfernt werden können, anstatt die gesamte Struktur in Chemikalien einzutauchen.
Mike Rust, ein angesehener Professor für Entomologie an der University of California, Riverside, der ebenfalls nicht an der Forschung beteiligt war, sagt, dass die Arbeit außerordentlich gut gemacht wurde und zeigt deutlich, welche Rolle flüchtige Carbonsäuren, die von Darmbakterien produziert werden, bei Kakerlaken-Versammlungen spielen.
Er glaubt zwar nicht, dass die Ergebnisse die Wirksamkeit von Ködern erhöhen müssten, glaubt jedoch, dass sie nützlich sein könnten, um die Anwendung von Insektiziden gegen Risse und Spalten zu verbessern. Cocktails aus Aggregationschemikalien könnten "die Abwehrkraft von Sprays verringern und die Kontaktzeit von Kakerlaken mit Behandlungsoberflächen erhöhen".
Schal glaubt, dass die Ergebnisse wahrscheinlich für alle Kakerlaken gelten, die sich ansammeln, einschließlich anderer Schädlingsarten wie der amerikanischen Kakerlake und der orientalischen Kakerlake. Er und seine Kollegen planen, solche Fragen in Zukunft zu untersuchen. Er erwartet auch ähnliche Ergebnisse im Zusammenhang mit der Rolle des Mikrobioms bei der Signalgebung und Kommunikation von Tieren für andere Arten von Organismen.
"Ich denke, im nächsten Jahr werden wir viele Beispiele für diese Art von Dingen in der Natur sehen, von Insekten bis hin zu Menschen", sagt er.
