In der Natur geht eine besondere Stärke meist auf Kosten einer anderen Fähigkeit. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bezeichnen solche Kompromisse als Zielkonflikte – und Biologinnen und Biologen begegnen ihnen fast überall.
Einige Pilze scheinen sich jedoch nicht an diese Regel zu halten. Eine Art kann Insekten jagen, pflanzliches Material im Boden zersetzen und als willkommener Bewohner in lebende Wurzeln eindringen.
Diese Vielseitigkeit gibt der Forschung seit Langem Rätsel auf. Eine neue Studie deutet nun auf eine einzige Ursache hin.
Die Antwort könnte verändern, wie Landwirtinnen und Landwirte Schädlinge bekämpfen. Zugleich berührt sie eine grundlegendere Frage: Wie entwickelt das Leben neue Rollen?
Ein Pilz mit drei Aufgaben
Manche Bodenpilze führen ein ungewöhnliches Leben. Mal sind sie tödliche Krankheitserreger für Insekten, mal Zersetzer und zu anderen Zeiten Partner, die gewonnenen Stickstoff direkt an Pflanzenwurzeln weitergeben.
Gerade die letzte Fähigkeit ist bemerkenswert: Der Pilz tötet ein Insekt, entnimmt dem Kadaver Stickstoff und liefert ihn einer Pflanze im Austausch gegen Zucker.
Im Boden übernimmt derselbe Pilz die Rolle eines Verwerters. Er ernährt sich von abgestorbenem Material und setzt dabei Nährstoffe für andere Lebewesen frei.
Bei der Jagd erinnert sein Vorgehen an einen Horrorfilm: Sporen setzen sich auf einem Insekt ab, durchdringen seinen Panzer und verzehren es von innen.
Lange fragten sich Forschende, wie eine einzige Art so unterschiedliche Aufgaben erfüllen kann. Ein Insekt zu töten und eine Pflanze zu versorgen, wirkt schließlich wie zwei gegensätzliche Fähigkeiten.
Der verschwundene Zielkonflikt
Ein Team der Universität Maryland (UMD) suchte nach dem Kompromiss, den es in der Biologie des Pilzes vermutete.
Die Forschenden gingen davon aus, dass ein Pilz mit besseren Fähigkeiten als Pflanzenpartner einen Teil seiner Tötungskraft einbüßen würde.
Schließlich hat Spezialisierung gewöhnlich ihren Preis: Ein Lebewesen, das für eine Aufgabe besonders gut gerüstet ist, tut sich mit anderen Tätigkeiten oft schwer.
Die Daten ergaben jedoch ein anderes Bild. Beide Fähigkeiten nahmen gemeinsam zu oder ab und waren mit einem verborgenen Merkmal verbunden.
„Wir hatten einen Zielkonflikt erwartet – dass ein besserer Pflanzenpartner zu werden auf Kosten der Fähigkeit geht, ein guter Jäger zu sein, oder umgekehrt“, sagte Raymond St. Leger, ausgezeichneter Universitätsprofessor am Institut für Entomologie der UMD.
„Stattdessen nehmen die beiden Fähigkeiten gemeinsam zu und ab. Verbunden sind sie durch die grundlegende Flexibilität des Pilzes bei der Ernährung.“
Metarhizium robertsii im Test
Im Mittelpunkt der Studie stand Metarhizium robertsii. Weltweit setzen Anbaubetriebe den Pilz bereits zur Bekämpfung von Schadinsekten ein. In Laboren wird er inzwischen auch darauf geprüft, ob er das Wachstum von Nutzpflanzen fördern kann.
Diese praktische Erfahrung machte ihn zu einem idealen Untersuchungsobjekt. Der Stamm ist weit verbreitet, gut erforscht und lässt sich über Generationen hinweg leicht vergleichen.
Gemeinsam mit dem Postdoktoranden Huiyu Sheng verglich St. Leger acht Stämme aus verschiedenen Teilen des evolutionären Stammbaums der Art. Für die Analyse waren die Genome der Pilze ebenso wichtig wie ihr Verhalten.
Anhand der Genomdaten ordneten die Forschenden jeden Stamm im Stammbaum ein. Diese Übersicht zeigte, wie sich die beiden Lebensweisen im Lauf von Millionen Jahren auseinanderentwickelten.
Das Team erfasste, wie rasch die einzelnen Stämme Insekten töteten und wie gut sie sich in Wurzeln ansiedelten. Außerdem maß es die Stärke ihrer Giftstoffe und ihr Wachstum auf 95 verschiedenen Nahrungsquellen.
Zwei Überlebensstrategien
Die Stämme ließen sich eindeutig zwei Gruppen zuordnen. Entscheidend für die Trennung war, wann sich ihre Entwicklungslinien erstmals abgespalten hatten – bei einigen lag das mehr als sechs Millionen Jahre zurück.
Die älteren Linien verhielten sich wie Schläfer. Sie töten langsam, stecken aber viele Ressourcen in die Vermehrung innerhalb des Wirts und erzeugen Millionen von Sporen.
Mit diesen Sporen setzen sie auf Geduld: Sie warten, bis ein weiteres Insekt zu nahe kommt.
Die jüngeren Linien dagegen waren Kriecher. Sie keimen sowohl auf der Haut von Insekten als auch auf Pflanzenwurzeln rasch aus, töten schnell und setzen häufig lähmende Giftstoffe ein.
Kriecher investieren kaum in Sporen. Stattdessen wachsen sie als feine Fäden vom toten Insekt zu nahe gelegenen Wurzeln.
Beide Strategien funktionieren offensichtlich. Jede hat sich auf ihre Weise über Millionen Jahre behauptet.
Der Stoffwechsel verbindet die Fähigkeiten
Ein Merkmal trennte die beiden Gruppen deutlicher als alle anderen. Die Forschenden nennen es Stoffwechselbreite: Gemeint ist die Bandbreite der Nährstoffe, die ein Stamm tatsächlich verwerten kann.
Pilze, die eine größere Vielfalt an Zuckern, Aminosäuren und organischen Säuren nutzen konnten, schnitten schlicht besser ab. Sie infizierten Insekten leichter und drangen mit weniger Schwierigkeiten in Wurzeln ein.
„Anstatt Pilze zu einer Entscheidung zwischen Insektenjäger und Pflanzenpartner zu zwingen, scheint die Evolution jene Stämme begünstigt zu haben, die verfügbare Ressourcen einfach besser nutzen können“, sagte St. Leger.
„Ihre Vielseitigkeit beginnt beim Stoffwechsel.“
Ein Werkzeugkasten für viele Ziele
Der Befund zeigt diese Insektenjäger als Organismen mit einem breiten Fähigkeitsspektrum. Sowohl ihr Geschick beim Angriff auf Insekten als auch ihre Hilfe für Pflanzen beruhen auf demselben ernährungsbezogenen Werkzeugkasten.
Die Wissenschaft bezeichnet solche Stämme als umweltkompetent. Der Begriff beschreibt, wie ein einziger Stoffwechsel sehr unterschiedliche Lebensweisen ermöglichen kann.
Die Maschinerie, die ein Insekt verdaut, hilft auch dabei, die von einer Wurzel gelieferten Stoffe abzubauen. Ein Werkzeugkasten dient somit vielen verschiedenen Zielen.
Darüber hinaus liefert die Arbeit der Biologie ein klares Modell für eine wesentlich größere Frage: Wie entwickeln Mikroben die Fähigkeit, zwischen so unterschiedlichen Lebensweisen zu wechseln?
Bedeutung für die Landwirtschaft
Für die Landwirtschaft sind die Ergebnisse von erheblicher Bedeutung. Anbaubetriebe könnten bestimmte Pilzstämme künftig gezielt auf bestimmte Aufgaben abstimmen.
Stämme, die ein breites Nahrungsspektrum nutzen, könnten Schädlinge rasch eindämmen. Gleichzeitig besiedeln sie Wurzeln und unterstützen das Wachstum von Nutzpflanzen auf dem Feld.
Sporenreiche Stämme eignen sich für einen anderen Zweck. Weil sie lange bestehen bleiben, passen sie besser zu einer langsamen, langfristigen Schädlingsbekämpfung.
Weiterreichende Folgen der Studie
Der Nutzen geht über die bloße Zweckmäßigkeit hinaus. Pilzbasierte Mittel zur Bekämpfung können den Einsatz chemischer Spritzmittel verringern, die Boden und Wasser schädigen.
„Was wir herausgefunden haben, könnte Anbaubetrieben helfen, pilzliche Krankheitserreger wirksamer einzusetzen“, sagte St. Leger.
Die Wahl des passenden Stammes für die jeweilige Aufgabe könnte diese Mittel deutlich zuverlässiger machen. Gerade diese Präzision begeistert das Team.
Darin steckt eine klare Erkenntnis: Eine flexible Ernährung kann Möglichkeiten eröffnen, die eng spezialisierten Organismen verschlossen bleiben.
Kommentare
Noch keine Kommentare. Sei der Erste!
Kommentar hinterlassen