Wanderheuschrecken: Sie können Marathons laufen und lieben auch 100-Meter-Rennen

Erinnern Sie sich an die weltweite Heuschreckenplage Anfang 2020? Zu Beginn des Kampfes der Menschheit gegen das neue Coronavirus überquerte eine von Wüstenheuschrecken verursachte Heuschreckenplage unbemerkt das Rote Meer von Ostafrika aus, gelangte nach Europa und Asien und erreichte Pakistan und Indien.

Seine tausend Meilen lange Reise löste in den Ländern, die er durchquerte, Panik aus und weckte bei vielen Menschen die Sorge, dass die Heuschreckenplage die Ernährungssicherheit meines Landes bedrohen könnte.

Die Wüstenheuschrecke, die auf tropische und subtropische Wüstenhabitate angewiesen ist, wird unserem Land keinen Schaden zufügen, wohl aber ihre „Verwandten“ – die Wanderheuschrecken –, die in der Geschichte unseres Landes viele Heuschreckenplagen verursacht und den Menschen das Leben schwer gemacht haben.

Die marathonartige Fernwanderung der Heuschreckenschwärme ist die Hauptursache für Heuschreckenplagen. Einzelgängerheuschrecken tun dies selten, sie bevorzugen kurze Strecken.

Warum passen Heuschrecken ihre Flugstrategien ihrer Populationsdichte an?

Jetzt kommt die Antwort. In einer am 4. Januar in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States veröffentlichten Studie enthüllte das Team unter der Leitung von Kang Le, einem Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des Beijing Institute of Life Sciences der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, die Gründe für den Einfluss der Populationsdichte von Heuschrecken auf die Flugstrategien und eröffnete damit eine neue Perspektive für die Untersuchung des Fluganpassungsverhaltens von Tieren.

Heuschrecken im Flug. Foto mit freundlicher Genehmigung des Beijing Institute of Life Sciences, Chinesische Akademie der Wissenschaften

„Zusammenhalten“ kann Ihnen helfen, weit zu fliegen

Viele Tiere beherrschen die Fernwanderung, die für ihr Überleben und ihre Fortpflanzung wichtig ist.

Vögel ziehen, um widrigen Klimabedingungen zu entgehen und geeignete Brutplätze zu finden. Der nordamerikanische Monarchfalter ist der einzige wandernde Schmetterling der Welt und kann bis zu 4.800 Kilometer weit wandern.

Weniger romantisch ist die Wanderung von Heuschreckenschwärmen: Ein Schwarm von einem Quadratkilometer kann an einem Tag die Essensrationen von 35.000 Menschen verschlingen.

Wenn Heuschreckenschwärme durch ein Gebiet ziehen, wird die gesamte Vegetation zerstört, was oft zu schweren wirtschaftlichen Verlusten führt und sogar zu Nahrungsmittelknappheit und Hungersnöten führt. Heuschreckenplagen, Dürren und Überschwemmungen gelten als die drei größten Naturkatastrophen in der Geschichte meines Landes.

In den letzten 2.000 Jahren kam es mehr als 800 Mal zu großflächigen Heuschreckenplagen.

„Wenn eine Heuschreckenplage ausbricht, können sich große, dichte Heuschreckenschwärme versammeln und innerhalb einer Generation über 2.000 Kilometer weit fliegen. Die maximale Flugdauer beträgt dabei mehr als zehn Stunden“, sagte Kang Le in einem Interview mit China Science Daily.

Tatsächlich hat die Tatsache, dass sich Heuschrecken in Gruppen versammeln, erhebliche Auswirkungen auf ihre Flugdistanz. Wenn die Heuschreckendichte sehr gering ist, legen vereinzelte Heuschrecken nur selten weite Strecken zurück und fliegen nur kurze Strecken, wenn sie Partner suchen oder natürlichen Feinden aus dem Weg gehen.

Die gleiche Heuschreckenart weist unterschiedliche Populationsdichten auf und die Flugdistanzen variieren stark. Wie passen sie ihre Flugstrategien an die Dichte an? In der neuen Studie entdeckte Kang Les Team durch Flugverhaltensanalysen, dass die Populationsdichte der Heuschrecken während ihrer Wachstumsphase die Flugeigenschaften im Erwachsenenstadium bestimmt und dass die Differenzierung dieser Eigenschaften genau mit den Lebenseigenschaften der geselligen und einzelgängerischen Arten übereinstimmt.

„Kurzstreckenläufer“ und „Langstreckenläufer“

Bedeutet die Tatsache, dass Heuschrecken nicht in Gruppen bleiben, dass sie tatsächlich nicht fliegen können? Das ist nicht der Fall.

Die neue Forschung widerlegt einige der Trägheitsvorstellungen der Vergangenheit und kommt zu dem Ergebnis, dass in geringer Dichte lebende Einzelheuschrecken nicht schlecht fliegen können, sondern vielmehr über eine starke Sprengkraft und hohe Fluggeschwindigkeit verfügen, ihnen jedoch die Ausdauer fehlt und sie Flugeigenschaften aufweisen, die denen von „Sprintern“ ähneln.

Im Gegensatz dazu heben dicht besiedelte Heuschrecken nicht schnell ab, sondern fliegen über längere Zeit hinweg kontinuierlich mit geringerer Geschwindigkeit und weisen Flugeigenschaften auf, die denen von „Langstreckenläufern“ ähneln.

Nach Kang Les Ansicht können Heuschrecken ihre Verhaltensstrategien je nach Zweck bestimmen, was zeigt, dass diese kleinen Insekten nicht einfach sind. „Das Leben in Gruppen ist ein ‚Marathon‘, das Leben in der Zerstreuung ist ein ‚100-Meter-Lauf‘.“ Er verglich die Flugeigenschaften des „Sprinttyps“ und des „Langstreckenlauftyps“, um die Lebenseigenschaften der beiden Arten von Wanderheuschrecken perfekt aufeinander abzustimmen.

Bei hoher Populationsdichte begünstigen die Langstreckenflugeigenschaften die geselligen Heuschrecken, lange Strecken und große Entfernungen zurückzulegen und große Wanderschwärme aufrechtzuerhalten, um ausreichend Nahrung und geeignete Eiablageplätze zu finden.

Die „Sprint“-Flugeigenschaften der verstreut lebenden Einzelheuschrecken helfen ihnen dabei, Partner zu finden und der Jagd durch natürliche Feinde schnell zu entgehen, da sie zur Fortpflanzung in der Nähe bleiben möchten und nicht migrieren müssen.

Wenn die Populationsdichte zunimmt, können Heuschrecken ihre Flugeigenschaften ändern, um sich den Migrationsbedürfnissen anzupassen.

„Eile mit Weile“

Warum verfügt ein so kleines Insekt über einen so perfekten Regulations- und Umwandlungsmechanismus? Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass die Unterschiede in den Flugeigenschaften der beiden Heuschreckenarten auf die Verwendung unterschiedlicher Energiesubstanzen zurückzuführen seien.

Durch die Behandlung von erzwungener Flucht und eine Multi-Omics-Analyse fand Kang Les Team heraus, dass es keinen offensichtlichen Unterschied in der Art der von den beiden Heuschreckenarten verwendeten Energiesubstanzen gab.

Ihrer Meinung nach sind Unterschiede im Energiestoffwechsel der Flugmuskulatur der Heuschrecken der Hauptgrund für die Differenzierung der Flugeigenschaften und -fähigkeiten zwischen geselligen und einzelgängerischen Heuschrecken.

Im Vergleich zu Herdenheuschrecken weisen Einzelheuschrecken sowohl im Ruhezustand als auch im Flug ein höheres Energiestoffwechselmuster auf.

Weitere Analysen der Genexpression im Zusammenhang mit dem Energiestoffwechsel, der Erkennung des Atmungsstoffwechsels, der RNA-Interferenz und der Überprüfung der pharmakologischen Funktion zeigten, dass der Hochenergiestoffwechselmodus der Flugmuskulatur von Einzelheuschrecken mehr Energie liefert, die zum Fliegen benötigt wird, während des Fluges jedoch mehr reaktiver Sauerstoff produziert wird, was zu einer Ansammlung von oxidativem Stress führt und ihre Fähigkeit zum Langstreckenflug beeinträchtigt.

Im Gegensatz dazu ermöglicht der relativ niedrige Energiestoffwechsel der Schwarmheuschrecken ihnen, während des Langzeitflugs eine geringere reaktive Sauerstoffproduktion aufrechtzuerhalten und so das Gleichgewicht des oxidativen Stresses der Flugmuskulatur aufrechtzuerhalten.

Durch die Veränderung der Heuschreckenpopulationsdichte stellten sie fest, dass sich die Flugeigenschaften der beiden Heuschreckenarten, die Expression von Genen, die mit dem Energiestoffwechsel der Flugmuskulatur in Zusammenhang stehen, und die Produktion von reaktivem Sauerstoff während des Fluges in entgegengesetzte Richtungen verändern können.

Dies zeigt deutlich, dass die Populationsdichte, die Heuschrecken während ihres Wachstums erfahren, dieses Flugmerkmal prägt.

Warum gibt es also deutliche Unterschiede in der Langstreckenflugfähigkeit von Heuschrecken mit unterschiedlicher Populationsdichte? Viele glauben, dass dies an den Unterschieden in der Energiespeicherung der beiden liegen könnte.

Neue Forschungsergebnisse haben ergeben, dass gesellige Heuschrecken zwar über mehr Triglyceridlipidspeicher verfügen als einzelgängerische Heuschrecken, es jedoch keinen erkennbaren Verbrauch von Triglyceriden zur Energiespeicherung während des Fluges gibt, obwohl es einen signifikanten Unterschied in ihrer Fähigkeit zum Langstreckenflug gibt.

Darauf aufbauend stellten sie eine Hypothese auf: Dieser Unterschied in der Flugfähigkeit wird durch das Gleichgewicht zwischen der Versorgung der Flugmuskulatur mit Energiestoffwechsel und stabilem oxidativem Stress bestimmt.

„Die Ergebnisse dieser Studie sind ziemlich interessant“, sagte ein Gutachter.

Andere Gutachter sagten außerdem, dass die Studie Daten zu Verhalten, Transkriptomik, Metabolomik und Proteinfunktionen verknüpft habe und so eine neue Perspektive für die Untersuchung des Polymorphismus von Wanderheuschrecken biete.

Die Autoren sagten, die neue Forschung habe ergeben, dass Heuschrecken ihre Flugeigenschaften durch die Plastizität des Energiestoffwechsels der Flugmuskulatur und die Entstehung von oxidativem Stress verändern und sich dadurch an die Lebensverlaufsstrategien künftiger erwachsener Tiere anpassen.

Diese adaptive Strategie der Veränderung der Flugeigenschaften könnte auch bei anderen Insekten und Tieren existieren.

Gleichzeitig haben die Forschungsergebnisse das Verständnis der Menschen hinsichtlich der Beziehung zwischen Energiestoffwechsel und Langstreckenflugfähigkeit verändert, eine theoretische Grundlage für die Untersuchung des Langstreckenflugs von Heuschrecken geschaffen und eine neue Perspektive für die Untersuchung von Fluganpassungsstrategien von Tieren eröffnet. „Das heißt, wer schnell fliegt, kann nicht weit fliegen, und wer weit fliegt, kann nicht schnell fliegen“, sagte Kang Le.

Zugehörige Papierinformationen:

https://doi.org/10.1073/pnas.2115753118

Quelle: China Science Daily (05.01.2022, Seite 1, Originaltitel: „Marathon des Gruppenlebens, Hundertmeterlauf des zerstreuten Lebens“)

Autor: Feng Lifei

Herausgeber | Zhao Lu

Schriftsatz | Guo Gang