Auswirkungen von Hitzewellen auf eine Räuber-Beute Beziehung

Hitzewellen können besonders auf Gliedertiere wie Insekten, Milben und Spinnen fatale Auswirkungen haben, da ihre Hitzetoleranz oft niedriger ist als die täglichen Extremtemperaturwerte während einer Hitzewelle und daher lebenswichtige Eigenschaften negativ beeinflusst werden können. Theoretisch können sich Organismen an Umweltstress durch genetische (Änderung der DNA Sequenz) und plastische Modifikationen (keine Änderung der DNA Sequenz) bis zu einem gewissen Grad anpassen. Praktisch ist aber die Dauer von Hitzewellen zu kurz, um wirksame genetische Anpassungen zu entwickeln. Plastische Modifikationen hingegen können kurzfristig zu vorteilhaften Anpassungen an Hitzewellen führen, da diese innerhalb einer Generation wirksam sein können, aber auch auf die nächste Generation übertragen werden können. Was passiert aber, wenn ein Räuber und seine Beute unterschiedliche plastische Anpassungspotenziale haben? Führt dies zu einer Entkoppelung der meistens fein abgestimmten Räuber-Beute Beziehungen? Diese Fragen sollen anhand der Raubmilbe Phytoseiulus persimilis und dessen Beute, der Spinnmilbe Tetranychus urticae, die im biologischen Pflanzenschutz prominente Gegenspieler sind, untersucht werden. Folgende Annahmen sollen geprüft werden: (1) plastische Modifikationen an Hitzestress sind für Räuber und Beute innerhalb einer Generation möglich und können auch auf die nächste Generation übertragen werden; (2) die Kosten dieser Anpassungen sind für den Räuber höher als für seine Beute; und (3) die Konsequenzen dieser unterschiedlichen Anpassungspotenziale führen zu einer ineffizienten Bekämpfung der Spinnmilben durch den Räuber bei Hitzewellen. In vier Experimenten sollen die Vor- und Nachteile von Anpassungen der Eltern- und Filialgeneration an Hitzewellen evaluiert werden. Das plastische Potenzial in Bezug auf Hitzewellen soll von folgenden Eigenschaften des Räubers und der Beute näher untersucht werden: (1) Aggressivität des Räubers und Abwehrverhalten der Beute; (2) Beeinflussung des Abwehrverhaltens der Beute durch Lernen; (3) die Entwicklung, Reproduktion und Überleben von Räuber und Beute, und (4) die Auswirkungen von Hitzewellen auf die Populationsdynamik von Räuber und Beute. Diese Studie kann einen wesentlichen Beitrag zu der kontrovers geführten Debatte liefern, ob sich Gliedertiere durch plastische Modifikationen an die häufiger auftretenden Hitzewellen, bedingt durch den Klimawandel, anzupassen können. Wissenschaftliche Studien zu diesem Thema sind nämlich rar und fehlen bis dato gänzlich in Bezug auf die Auswirkungen von Hitzewellen auf Räuber-Beute Beziehungen. Abschließend kann die Studie für die biologische Kontrolle von Schadorganismen von enormer Bedeutung sein, da hier erstmals untersucht wird, ob eine ausreichende Spinnmilbenkontrolle durch die bisher erfolgreiche Raubmilbe P. persimilis unter Hitzestress gewährleistet ist.

Die Raubmilbe Phytoseiulus persimilis und die Spinnmilbe Tetranychus urticae sind ein prominentes Räuber-Beute Paar in der biologischen Schädlingskontrolle, wobei der Räuber P. persimilis seine bevorzugte Beute T. urticae unter optimalen thermalen Bedingungen rasch dezimiert und Schädigungen von Kulturpflanzen verhindert. Aber im Zuge des Klimawandels werden Hitzewellen länger, häufiger und intensiver, was auch unterschiedliche Konsequenzen auf Räuber und Beute und weiterer Folge auf die Spinnmilbenkontrolle haben kann. Dies wurde in einem mehrjährigen Forschungsprojekt untersucht. Zunächst wurde die Entwicklung vom Ei bis zum adulten Individuum, und die Reproduktions-Leistung der Raub- und Spinnmilben evaluiert, wenn die Milben milden- (tägliche Maximal-Temperatur = 32C) oder extremen Hitzewellen (38C) ausgesetzt waren. Sowohl Raub- und Spinnmilben legten kleinere Eier unter extremen Hitzewellen ab, aber nur die Spinnmilben waren in der Lage, auch mehr Eier unter diesen Bedingungen zu produzieren. Beide Arten entwickelten sich rascher unter extremen Hitzewellen, aber die Körpergröße der adulten Weibchen des Räubers war geringer unter extremen- als unter milden Hitzewellen. Die adulten, weiblichen Spinnmilben hingegen waren größer unter extremen Hitzewellen. In einem weiteren Experiment wurde untersucht, ob diese geänderten Körperverhältnisse das Überleben der Beute bei Anwesenheit des Räubers unter milder- (Raub- und Spinnmilben etwa gleich groß) oder extremer Hitze (Spinnmilben größer als der Räuber) beeinflusst. Es zeigte sich deutlich, dass unter extremer Hitze mehr Spinnmilben überlebten als unter milder Hitze. Ob die Nachteile der geringeren Reproduktionsleistung und reduzierten Körpergröße der Raubmilben unter extremen Hitzewellen tatsächlich Auswirkungen auf die Spinnmilbenkontrolle haben, wurde in einem System bestehend aus Buschbohnen, Spinnmilben und Raubmilben untersucht. Extreme Hitzewellen führten zu einem erhöhtem Populationswachstum von Spinnmilben und damit auch zu einem verringerten Bohnengewicht, während die Raubmilben die Spinnmilben nur unter milden Hitzewellen kontrollieren konnten. Ein wesentlicher Aspekt, der wahrscheinlich zu einer ineffizienten Spinnmilbenkontrolle geführt hat, war die unterschiedliche räumliche Aufteilung der Milben in Abhängigkeit der Intensität der Hitzewellen. Unter milden Hitzewellen waren Spinn- und Raubmilben gleichmäßig im Pflanzenbestand verteilt. Bei extremen Hitzewellen war die Mehrzahl der Spinnmilben im oberen Drittel der Buschbohnen zu finden, die Raubmilben hingegen im unteren Drittel. Damit befanden sich die Spinnmilben in einem Bereich ohne Räuber, die somit keinen Zugriff zu ihrer Beute hatten. Diese Ergebnisse stimmen mit einer Reihe von Studien überein, die auf mögliche Vorteile für landwirtschaftliche Schädlinge gegenüber ihren natürlichen Gegenspielern in Zeiten des Klimawandels hinweisen. Um auch eine zukünftige biologische Spinnmilben-Kontrolle unter fortschreitenden Klimawandel sicherzustellen, bieten sich zwei forschungs-intensive Optionen an: (1) die Suche nach hitze-resistenten Raubmilben-Arten oder (2) anderer natürlicher Gegenspieler.