Faulige Dämpfe stellen Bestäuber vor Probleme

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Ein Team unter der Leitung von Forschern der University of Washington hat eine Hauptursache für den Rückgang der nächtlichen Bestäuberaktivität entdeckt – und die Schuld liegt größtenteils bei den Menschen.

Die Forscher fanden heraus, dass Nitratradikale (NO3) in der Luft die von einer gewöhnlichen Wildblume freigesetzten Duftchemikalien abbauen und so die auf Duftstoffen basierenden Hinweise, auf die nächtliche Bestäuber zum Auffinden der Blüte angewiesen sind, drastisch reduzieren. In der Atmosphäre entsteht NO3 durch chemische Reaktionen neben anderen Stickoxiden, die ihrerseits bei der Verbrennung von Gas und Kohle aus Autos, Kraftwerken und anderen Quellen freigesetzt werden. Die Ergebnisse wurden am 9. Februar in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftsind die ersten, die zeigen, wie nächtliche Umweltverschmutzung eine Kette chemischer Reaktionen hervorruft, die Duftstoffe abbauen und Blumen für den Geruch unsichtbar machen. Die Forscher stellten außerdem fest, dass die Umweltverschmutzung wahrscheinlich weltweite Auswirkungen auf die Bestäubung hat.

Das Team – gemeinsam geleitet von Jeff Riffell, einem UW-Professor für Biologie, und Joel Thornton, einem UW-Professor für Atmosphärenwissenschaften – untersuchte die blasse Nachtkerze (Oenothera pallida). Diese Wildblume wächst in trockenen Gebieten im Westen der USA. Sie haben sich für diese Art entschieden, weil ihre weißen Blüten einen Duft verströmen, der eine vielfältige Gruppe von Bestäubern anzieht, darunter nachtaktive Motten, die zu den wichtigsten Bestäubern zählen.

An Feldstandorten im Osten Washingtons sammelten die Forscher Duftproben von blassen Nachtkerzenblüten. Zurück im Labor identifizierten sie mithilfe chemischer Analysetechniken die Dutzenden einzelner Chemikalien, aus denen der Duft der Wildblume besteht.

„Wenn Sie eine Rose riechen, riechen Sie ein vielfältiges Bouquet aus verschiedenen Arten von Chemikalien“, sagte Riffell. „Das Gleiche gilt für fast jede Blume. Jede hat ihren eigenen Duft, der auf einer bestimmten chemischen Rezeptur beruht.“

Nachdem sie die einzelnen Chemikalien identifiziert hatten, aus denen der Duft der Wildblume besteht, nutzte das Team eine fortschrittlichere Technik namens Massenspektrometrie, um zu beobachten, wie jede Chemikalie im Duft auf NO3 reagierte. Sie fanden heraus, dass die Reaktion mit NO3 bestimmte Geruchschemikalien nahezu eliminierte. Insbesondere dezimierte der Schadstoff den Gehalt an Monoterpen-Duftstoffen, die Motten in separaten Experimenten als am attraktivsten empfanden.

Motten, die über ihre Fühler riechen, verfügen über eine Geruchserkennungsfähigkeit, die in etwa der von Hunden entspricht – und mehrere tausend Mal empfindlicher ist als der menschliche Geruchssinn. Laut Riffell deuten Untersuchungen darauf hin, dass mehrere Mottenarten Gerüche aus meilenweiter Entfernung wahrnehmen können.

Mithilfe eines Windkanals und eines computergesteuerten Geruchsreizsystems untersuchte das Team, wie gut zwei Mottenarten – die Weißstreifensphinx (Hyles lineata) und der Tabakschwärmer (Manduca sexta) – konnte Gerüche lokalisieren und darauf zufliegen. Als die Forscher den normalen Duft der blassen Nachtkerze einführten, flogen beide Arten bereitwillig auf die Duftquelle zu. Aber als die Forscher den Duft und NO3 in einem für eine nächtliche städtische Umgebung typischen Niveau einführten, ManducaDie Genauigkeit sank um 50 % und Hyles – einer der wichtigsten nächtlichen Bestäuber dieser Blume – konnte die Quelle überhaupt nicht lokalisieren.

Experimente in einer natürlichen Umgebung bestätigten diese Erkenntnisse. In Feldexperimenten zeigte das Team, dass Motten eine künstliche Blume, die einen unveränderten Duft verströmte, genauso oft besuchten wie eine echte. Wenn sie den Duft jedoch zuerst mit NO3 behandelten, sank die Zahl der Mottenbesuche um bis zu 70 %.

„Das NO3 verringert wirklich die ‚Reichweite‘ einer Blume – wie weit ihr Duft wandern und einen Bestäuber anlocken kann, bevor er zerfällt und nicht mehr wahrnehmbar ist“, sagte Riffell.

Das Team verglich auch, wie sich die Umweltverschmutzung tagsüber und nachts auf die Duftchemikalien der Wildblumen auswirkte. Die nächtliche Luftverschmutzung hatte eine viel zerstörerischere Wirkung auf die chemische Zusammensetzung des Dufts als die Tagesluftverschmutzung. Die Forscher glauben, dass dies größtenteils auf den Abbau von NO3 durch Sonnenlicht zurückzuführen ist.

Das Team verwendete ein Computermodell, das sowohl globale Wettermuster als auch die Chemie der Atmosphäre simuliert, um Gebiete zu lokalisieren, in denen es am wahrscheinlichsten zu erheblichen Problemen bei der Kommunikation zwischen Pflanzen und Bestäubern kommt. Zu den identifizierten Gebieten gehören der Westen Nordamerikas, große Teile Europas, der Nahe Osten, Zentral- und Südasien sowie das südliche Afrika.

„Außerhalb menschlicher Aktivitäten sammeln sich in einigen Regionen aufgrund natürlicher Quellen, der Geographie und der atmosphärischen Zirkulation mehr NO3 an“, sagte Thornton und fügte hinzu, dass zu den natürlichen NO3-Quellen Waldbrände und Blitze gehören. „Aber durch menschliche Aktivitäten wird überall mehr NO3 produziert. Wir wollten verstehen, wie diese beiden Quellen – natürliche und menschliche – zusammenwirken und wo die Konzentrationen so hoch sein könnten, dass sie die Fähigkeit von Bestäubern, Blumen zu finden, beeinträchtigen könnten.“

Die Forscher hoffen, dass ihre Studie nur die erste von vielen ist, die dabei hilft, das volle Ausmaß des Versagens von Bestäubern aufzudecken.

„Unser Ansatz könnte als Leitfaden für andere dienen, um zu untersuchen, wie sich Schadstoffe auf die Interaktion zwischen Pflanzen und Bestäubern auswirken, und um die zugrunde liegenden Mechanismen wirklich zu verstehen“, sagte Thornton. „Sie benötigen einen solchen ganzheitlichen Ansatz, insbesondere wenn Sie verstehen möchten, wie weit verbreitet der Zusammenbruch der Pflanze-Bestäuber-Interaktionen ist und welche Konsequenzen dies haben wird.“

Die Studie beleuchtet die Gefahren der vom Menschen verursachten Umweltverschmutzung und ihre Auswirkungen auf alle Bestäuber sowie die Zukunft der Landwirtschaft.

„Die durch menschliche Aktivitäten verursachte Umweltverschmutzung verändert die chemische Zusammensetzung kritischer Duftstoffe und zwar so stark, dass die Bestäuber sie nicht mehr erkennen und nicht mehr darauf reagieren können“, sagte Riffell.

Ungefähr drei Viertel der mehr als 240.000 Blütenpflanzenarten seien auf Bestäuber angewiesen, sagte Riffell. Und mehr als 70 Bestäuberarten sind gefährdet oder bedroht.

Hauptautor des Artikels ist Jeremy Chan, ein Postdoktorand an der Universität Kopenhagen, der diese Studie als UW-Doktorand in Biologie durchgeführt hat. Co-Autoren sind Sriram Parasurama vom Department of Biology der UW; Rachel Atlas, Postdoktorandin am Pierre-Simon-Laplace-Institut in Frankreich, die als UW-Doktorandin in Atmosphärenwissenschaften an dieser Studie teilgenommen hat; Ursula Jongebloed, Doktorandin der Atmosphärenwissenschaften an der UW; Ruochong Xu, Doktorand an der Tsinghua-Universität in China; Becky Alexander, UW-Professorin für Atmosphärenwissenschaften; und Joseph Langenhan, Professor für Chemie an der Seattle University. Die Forschung wurde vom Air Force Office of Scientific Research, der National Science Foundation, den National Institutes of Health, dem Human Frontiers in Science Program und der University of Washington finanziert.



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