Nachtfalter mit optimaler Antennenstruktur

Abb. 1: Der Götterbaum- oder Ailanthus-Spinner Samia cynthia (Hectonichus, CC BY-SA 4.0)

Fliegende Insekten können sich typischerweise über weite Distanzen mittels ihres auffällig gut ausgebildeten Geruchssinns (olfaktorische Wahrnehmung) orientieren und finden so geeignete Lebensräume, Nahrung und Fortpflanzungspartner. Bei vielen Schmetterlingsarten scheiden die Weibchen geringe Mengen von Pheromonen aus, um damit spezifisch die artgleichen Männchen anzulocken. Diese nehmen mit ihren gut ausgebildeten Antennen diese flüchtigen Sexuallockstoffe wahr und machen sich auf den Weg, um die Weibchen zu befruchten. Die entsprechende Signalwirkung funktioniert bei Entfernungen von einigen hundert Metern bis zu wenigen Kilometern. Beim Empfänger kommen daher nur wenige Moleküle an, die zuverlässig detektiert werden müssen, um den Fortpflanzungserfolg zu ermöglichen.

Jaffar-Bandjee et al. (2020) haben Untersuchungen bei Pfauenspinnern (Saturniidae) angestellt, um besser zu verstehen, wie eine derart hohe Sensitivität realisiert wird. Die Autoren haben für ihre Untersuchungen den Götterbaum- oder Ailanthus-Spinner (Samia cynthia) als Modellobjekt gewählt (Abb. 1). Dies ist eine in Ostasien beheimatete Art, mit der aber weltweit Seidenzuchten durchgeführt wurden und die in Gegenden mit verwildertem Götterbaum (z. B. um Wien oder im Tessin) sich seit langem als Neozoon (Neubürger) etabliert hat. Bei allen Pfauenspinnern – also auch beim Götterbaum-Spinner – muss die Fortpflanzung in einem sehr engen Zeitfenster erfolgen, da diese als erwachsene Tiere (Imagines) nur verkümmerte Verdauungsorgane aufweisen und daher keine Nahrung aufnehmen; sie leben von den Reserven, die sie in den Larvenstadien angesammelt haben, und leben nur bis wenige Tage. Die Antennen der Saturniidae-Männchen und vieler weiterer Nachtfalter weisen eine an Federn erinnernde Struktur auf: Sie besteht aus einem Hauptast, dem Flagellum, von dem Seitenäste (Rami) abgehen; von diesen gehen noch feine Härchen ab (Sensillen). Für ihre strömungsdynamischen Untersuchungen haben die Autoren ein vergrößertes 3D-Modell einer Ramusspitze gedruckt. Damit haben sie sich in ihren Untersuchungen darauf konzentriert, wie der Einfang der Pheromonmoleküle, die sich in der umgebenden Luft befinden, durch die Sensillen erfolgt.

Jaffar-Bandjee et al. konnten an ihrem Modell den in der Literatur bereits beschriebenen Effekt der „olfaktorischen Linse“ nachvollziehen. Dieser beschreibt das Phänomen, dass an der Spitze der Sensillen die Konzentration der Pheromonmoleküle am höchsten ist. Am Modell lässt sich nachvollziehen, dass dafür die Anströmung sowie der Aufbau und die Geometrie der Sensillen ausreichen.

Die Untersuchung an dem vergrößerten Modell der Antennen von S. cynthia ergab, dass die Geometrie der Antenne entscheidend für die hochempfindliche Detektion von Pheromonmolekülen ist. Die Ergebnisse an dem kleinen Ausschnitt der komplexen Antenne zeigen, dass die Sensitivität bei den Fluggeschwindigkeiten dieser Pfauenspinner-Art optimal ist. Die Autoren gehen davon aus, dass durch detaillierte Untersuchungen der Geometrien der Antennen von verschiedenen Saturniidae-Arten noch viele spannende und technisch inspirierende Erkenntnisse zu gewinnen sind.

H. Binder

[Jaffar-Bandjee M, Steinmann T, Krijnen G & Casas J (2020) Insect pectinate antennae maximize odor capture efficenciy at intermediate flight speed. Proc. Nat. Acad. Sci. 117, 28126–28133]