Hummeln in der Laborkolonie. Leif Richardson, CC BY-NC-ND

Suchen Sie nach Informationen über "Selbstmedikation" und Sie werden wahrscheinlich Beschreibungen der unzähligen Wege finden, auf denen wir Menschen Drogen zur Lösung von Problemen verwenden. Tatsächlich scheint der Konsum biologisch aktiver Moleküle - von denen viele aus Pflanzen stammen - unseren Körper und Geist zu verändern, und ist somit eine typisch menschliche Eigenschaft.

Aber auch bei vielen Tieren spielen Pflanzen eine wichtige Rolle. Eine wachsende Körper der Forschung schlägt vor, dass einige Tiere aus der Pflanzenchemie Nutzen ziehen und vielleicht sogar diese Chemikalien suchen, wenn sie krank sind. Schimpansen essen bestimmte Blätter Das haben parasitenabtötende Eigenschaften. Schwangere Elefanten wurden beobachtet Essen Pflanzenmaterial von Bäumen, die Menschen benutzen, um Arbeit zu induzieren. Sie haben vielleicht sogar gesehen, dass Ihr Hund oder Ihre Katze Gras frisst - was ihnen keine Nahrung bietet - in dem, was als Versuch angesehen wird, Übelkeit durch Erbrechen selbst zu behandeln.

In meiner Forschung habe ich untersucht, wie Hummeln von diesen Arten von biologisch aktiven Verbindungen betroffen sind. Mit Kollegen habe ich herausgefunden, dass bestimmte Pflanzenchemikalien, die natürlicherweise in Nektar und Pollen vorhanden sind, Bienen zugute kommen können, die mit Krankheitserregern infiziert sind. Bienen können sogar ihr Nahrungssuchverhalten ändern, wenn sie infiziert sind, um die Sammlung dieser Chemikalien zu maximieren. Könnten natürlich vorkommende Pflanzenchemikalien in Blumen Teil einer Lösung für den besorgniserregenden Rückgang von wilden und verwalteten Bienen sein?

Warum machen Pflanzen Diese Chemikalien?

Hinzu kommt der Verbindungen Pflanzen, die die "primären" Aufgaben der Photosynthese, Wachstum und Fortpflanzung durchzuführen machen, Pflanzen synthetisieren auch sogenannte sekundäre Metabolitenverbindungen. Diese Moleküle haben viele Zwecke, aber Leiter unter ihnen ist Verteidigung. Diese Chemikalien machen Blätter und anderen Geweben ungenießbar oder giftig für Pflanzenfresser, die sonst chomp entfernt würde.

Viele Studien der Koevolution Zentrum auf Pflanzen-Herbivoren-Wechselwirkungen durch Pflanzenchemie vermittelt. Ein "Rüstungswettlauf" zwischen Pflanzen und Pflanzenfressern hat sich über lange Zeiträume hinweg vollzogen, wobei sich die Pflanzenfresser darauf einstellen, sich zu tolerieren und sich sogar auf giftige Pflanzen zu spezialisieren, während Pflanzen anscheinend neue Toxine entwickelt haben, um ihren Konsumenten voraus zu sein.

Für Monarch Larven ist Sumpf Milkweed sowohl Küchenschrank und Medizinschrank. Leif Richardson, CC BY-NC-ND

Pflanzenfresser können Vorteile, Kosten oder eine Kombination von beiden erfahren, wenn sie Sekundärmetaboliten der Pflanze konsumieren. Zum Beispiel sind Monarchfalterlarven spezialisierte Pflanzenfresser von Milchpflanzen, die toxische Steroide enthalten, die Cardenolide genannt werden. Während Monarchen selektiv konzentrieren Cardenolide in ihrem eigenen Körper als Verteidigung gegen Fressfeinde wie Vögel, können sie auch eine verlangsamte Wachstumsrate und ein erhöhtes Mortalitätsrisiko als Folge der Exposition gegenüber diesen toxischen Verbindungen leiden.

Interessanterweise werden sekundäre Metaboliten nicht nur in Blättern gefunden. Sie sind auch in Geweben vorhanden, deren scheinbare Funktion es ist, eher anzuziehen als abzustoßen - einschließlich Früchte und Blumen. Zum Beispiel ist es seit langem bekannt, dass Blumennektar üblicherweise sekundäre Metaboliten enthält, einschließlich Nicht-Protein-Aminosäuren, Alkaloide, Phenole, Glycoside und Terpenoide. Es ist jedoch wenig darüber bekannt, wie oder ob diese Chemikalien Bestäuber wie Bienen beeinflussen.

Können Sekundärmetabolite die Interaktion von Pflanzen mit Bestäubern beeinflussen, ebenso wie sie Wechselwirkungen mit pflanzenfressenden Konsumenten von Blattgewebe beeinflussen? Ähnlich wie bei anderen Pflanzenfressern könnten auch Bienen durch den Verzehr dieser Pflanzenstoffe profitieren? Könnte der Verbrauch von Sekundärmetaboliten den Bienen helfen, mit den Parasiten und Krankheitserregern fertig zu werden, die mit dem Rückgang der wilden und gemanagten Bienen zusammenhängen?

Pflanzliche Verbindungen verringern Parasiten in Bienen

Mit Kollegen in den Laboren von Rebecca Irwin am Dartmouth College und Lynn Adler an der University of Massachusetts, Amherst, untersuchte ich diese Fragen in ein neue Studie. Wir fanden heraus, dass ein strukturell vielfältiges Spektrum an pflanzlichen Sekundärmetaboliten, die im Blütennektar vorkommen, die Parasitenbelastung bei Hummeln reduzieren kann.

In einer Testumgebung, wir infiziert die gemeinsame östlichen Hummel (Bombus Impatiens) mit einem Protozoon Darm Parasiten, Crithidia bombi, die dafür bekannt ist, die Langlebigkeit und den Fortpflanzungserfolg der Hummel zu reduzieren. Dann fütterten wir die Bienen täglich entweder mit einer Kontroll-Saccharose-Nektardiät oder mit einem von acht Sekundärmetaboliten, die natürlicherweise im Nektar von Pflanzen vorkommen, die von Hummeln in freier Wildbahn besucht werden.

Nach einer Woche zählten wir Parasitenzellen in Bieneninnereien. Insgesamt reduzierte eine Diät, die sekundäre Metaboliten enthielt, die Belastung einer Bienenerkrankung stark. Die Hälfte der Verbindungen hatte eine statistisch signifikante Wirkung. Die Verbindung mit der stärksten Wirkung war das Tabakalkaloid Anabasin, das die Parasitenbelastung um mehr als 80% reduzierte; Weitere Verbindungen, die Bienen vor Parasiten schützten, waren ein weiteres Tabakalkaloid, Nikotin, das Terpenoid Thymol, gefunden im Nektar von Lindenbäumen, und Catalpol, ein Iridoidglycosid, das im Nektar von Turtlehead, einer Feuchtlandpflanze im östlichen Nordamerika, gefunden wurde.

Wir erwarteten, dass Bienen auch Kosten verursachen könnten, wenn sie diese Verbindungen verzehren. Aber wir fanden heraus, dass keine der Chemikalien einen Einfluss auf die Langlebigkeit der Bienen hatte. Anabasin, die Verbindung mit dem stärksten antiparasitären Nutzen, verursachte Reproduktionskosten und erhöhte die Anzahl der Tage, die die Bienen benötigen, um zu reifen und Eier zu legen. Trotz dieser Verzögerung gab es in unserem Experiment keine Unterschiede in der Reproduktionsleistung.

Diese Forschung zeigt deutlich, dass Wildbienen profitieren können, wenn sie die sekundären Metaboliten konsumieren, die natürlicherweise in Blumennektar vorhanden sind. Und die lebenslange Exposition der Bienen gegenüber diesen Verbindungen ist wahrscheinlich noch größer, da sie sie auch in Pollen und als Larve konsumieren.

In anderen Forschungen haben wir Beweise gefunden, dass einige der Verbindungen mit Antiparasitenfunktion von Bienen gesucht werden, wenn sie Parasiten haben, aber nicht, wenn sie gesund sind. Zumindest in einigen Kontexten - einschließlich eines Feldexperiments mit Wildbienen, die natürlich mit Crithidia bombi - Hummeln entscheiden sich bei der Nahrungssuche für den Parasitenstatus, ähnlich wie andere Tiere, die sich selbst behandeln.

Eine Verschreibung für streitende Bienenvölker?

Wie sieht es also mit praktischen Anwendungen aus: Könnte diese Forschung genutzt werden, um rückläufigen Bienenpopulationen zu helfen? Wir wissen es noch nicht. Unsere Ergebnisse lassen jedoch einige interessante Fragen zum Landschaftsmanagement, zum Bestäuben von Bestäubern und zu landwirtschaftlichen Praktiken aufkommen.

In zukünftigen Arbeiten planen wir zu untersuchen, ob das Pflanzen bestimmter Pflanzen um Bienenstände und Farmen zu gesünderen Bienenpopulationen führen würde. Sind einheimische Pflanzen wichtige Quellen für medizinische Verbindungen für Bienen, mit denen sie lange Entwicklungsgeschichten teilen? Können Betriebe, die auf die Bestäubung von Wildbestäubern angewiesen sind, besser für die Bienengesundheit eingesetzt werden?

Die Zufuhr von Sekundärmetaboliten aus Nektar und Pollen zu erkrankten Bienen ist wahrscheinlich nicht das einzige Instrument, um die langfristige Nachhaltigkeit dieser ökologisch und ökonomisch wichtigen Tiere zu fördern. Aber es scheint, dass dies zumindest ein Teil der Lösung sein könnte. Die Landwirtschaft schließt sich vielleicht wieder und räumt ein, dass wir, um von einer Ökosystemleistung zu profitieren, die von wilden Tieren erbracht wird, ihre Habitatanforderungen berücksichtigen müssen.

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Über den Autor

Leif Richardson ist ein US-amerikanischer Postdoktorand des US-amerikanischen Instituts für Ernährung und Landwirtschaft Universität von Vermont. Er arbeitet an Multispezies-Interaktionen mit Pflanzen und deren Bestäuber, insbesondere Bienen. Er untersucht, wie Wildbienen-Bestäuber der kommerziellen Blaubeere von der Pflanzenchemie betroffen sind und wie die Wechselwirkungen von Pflanzen mit Mykorrhizapilzen die Bienengesundheit beeinflussen. Ein weiteres Forschungsinteresse besteht in der Verwendung von Mustersubstanzdaten zur Untersuchung von Niedergangsmustern nordamerikanischer und europäischer Hummelarten. Besuchen Sie seine Website: www.leifrichardson.org/

Buch Co-Autor von Leif Richardson:

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