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Wanderheuschrecken: Die biblische Plage

Heuschreckenschwärme können ganze Landstriche kahl fressen und schrecken Landwirte seit Jahrtausenden - selbst bis nach Europa können sie sich in Einzelfällen verirren. Langsam kommen Biologen hinter die Geheimnisse der vielbeinigen Kollektive.
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Die Luft ist voller Insekten – ein wimmelnder Teppich, der einem Gruselfilm Ehre machen würde, legt sich über die Landschaft. Und wenn er sich wieder hebt, ist von der Vegetation oft nicht viel übrig geblieben. Heuschreckenschwärme sind berüchtigt für ihren gewaltigen Appetit. Wenn sich die Tiere in Massen zusammenrotten und auf Wanderschaft gehen, fressen sie mitunter ganze Landstriche kahl. Schließlich kann so ein Schwarm aus bis zu einer Milliarde Insekten bestehen, die insgesamt rund 1500 Tonnen Gewicht auf die Waage bringen. Schon ein Bruchteil davon genügt, um die Ernte ganzer Dörfer zu vernichten. Nach Schätzungen der Welternährungsorganisation FAO vertilgt eine Tonne Heuschrecken am Tag so viel Nahrung wie 2500 Menschen.

Kein Wunder also, dass schon die Bibel von der vielbeinigen Plage berichtet. Der Kampf der Bauern gegen das gefräßige Heer dürfte so alt sein wie die Erfindung der Landwirtschaft. Über die Biologie von Wanderheuschrecken aber war lange wenig bekannt. Erst in den letzten Jahren kommen Wissenschaftler den Geheimnissen der Schwärme nach und nach auf die Spur. Dabei geht es ihnen nicht nur darum, ein faszinierendes biologisches Phänomen zu entschlüsseln. Wer den Gegner besser versteht, kann ihn vielleicht auch effektiver bekämpfen.

Vom Individualisten zum Kollektiv

Weltweit gibt es etwa zehn Heuschreckenarten, die zu Massenversammlungen neigen. Mal fallen sie über China her, mal über Teile Afrikas oder Australiens. Die wohl berüchtigtste Art ist die Wüstenheuschrecke Schistocerca gregaria, die wegen ihres großen Verbreitungsgebietes immer wieder immense Schäden anrichtet. Rund 20 Prozent der Landfläche der Erde können von Schwärmen dieser Art heimgesucht werden. Dabei verhalten sich die Tiere die meiste Zeit vollkommen unauffällig. In diesen Phasen erstreckt sich ihre Verbreitung über ein Fläche von rund 16 Millionen Quadratkilometern, die von Mauretanien im Nordwesten Afrikas über die Sahara und die Arabische Halbinsel bis in den Nordwesten Indiens reicht. Dort hüpfen und fliegen die Tiere normalerweise als unscheinbare Einzelgänger durch die Gegend. Irgendwann aber lassen kräftige Regenfälle die Vegetation üppig sprießen und verwandeln die Landschaft so in ein Schlaraffenland, in dem sich Heuschrecken kräftig vermehren können. Wenn die Niederschläge schließlich enden und die Lebensbedingungen wieder schlechter werden, drängen sich diese Tiere in Massen in den immer kleiner werdenden Vegetationsflecken. Und dann sind die früheren Einzelgänger plötzlich nicht mehr wiederzuerkennen.

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Historische Wanderheuschreckenbekämpfung | Die gefräßigen Sechsbeiner brachten es zu einer der großen biblischen Plagen – und bedrohen bis heute die Ernten in einem breiten Gürtel quer durch Afrika und bis nach Indien.

Die noch nicht flugfähigen Jungtiere tauschen ihre grüne Farbe gegen ein schwarz-gelbes Design und formieren sich zu langen, sich hüpfend fortbewegenden Kolonnen. Die Erwachsenen wechseln derweil von einem bräunlichen zu einem gelben oder roten Outfit und bilden riesige, fliegende Schwärme. Eine solche Massenversammlung kann Hunderte von Quadratkilometern groß werden und durchaus 200 Kilometer am Tag zurücklegen. Mitunter erreichen die Tiere dann auch weit entfernte Gebiete wie Spanien oder Russland – selbst das Meer hält sie dabei nicht auf. So sind Wüstenheuschrecken bei einer Massenvermehrung im Jahr 1988 in nur zehn Tagen von Mauretanien bis in die Karibik geflogen – 5000 Kilometer über den Atlantik. Dabei nutzten sie nicht nur Schiffe als Rastplätze, sondern ließen sich unterwegs auch auf der Wasseroberfläche nieder. Die ersten Insekten ertranken dabei zwar, ihre toten Körper bildeten dann aber schwimmende Plattformen, auf denen die nach ihnen kommenden Artgenossen neue Kräfte tanken konnten.

Wie aber kommen solche Massenversammlungen zu Stande? Wodurch entdecken Einzelgänger plötzlich ihr Faible fürs Kollektiv? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Klar ist inzwischen, dass die Berührungen von Artgenossen dabei eine wichtige Rolle spielen. So lässt sich das Schwarmverhalten künstlich auslösen, wenn man den Tieren mit einem Pinsel immer wieder über die Hinterbeine streicht. Das allein genügt aber nicht. In ihrer sozialen Phase senden die Insekten auch spezielle Geruchsbotschaften aus. Ihr Kot enthält dann verschiedene flüchtige Verbindungen, die Biologen "Aggregationspheromone" nennen. Die signalisieren den Schwarmmitgliedern: "Bleibt beieinander!"

Lernen für ein neues Leben

Allerdings ist es für wandernde Heuschrecken nicht damit getan, ihre Artgenossen zu tolerieren und sich synchron in eine gemeinsame Richtung zu bewegen. Vom Stoffwechsel bis zum Verhalten gilt es, einen ganzen Lebensstil über den Haufen zu werfen – und zwar in kürzester Zeit. Wüstenheuschrecken brauchen nur etwa vier Stunden, um sich die für das Schwarmleben typischen Verhaltensweisen anzueignen. Das bedeutet zum Beispiel, dass sie im Flügelumdrehen ihre Ernährung umstellen müssen. So verschmähen sie während ihrer einzelgängerischen Phase giftige Pflanzen mit unangenehmem Geschmack. Im Schwarm aber haben sie gegen solche Nahrung plötzlich keine Einwände mehr.

Ökologisch gesehen ist das durchaus sinnvoll. Denn zum einen können die Mitglieder eines millionenköpfigen Heeres in Sachen Futter nicht mehr allzu wählerisch sein. Die Pflanzen werden immer knapper, die Konkurrenz ist groß: Wer soll da noch auf den Geschmack achten? Zum anderen sind in der Masse auch andere Strategien gegen hungrige Feinde gefragt. Während einzelgängerische Heuschrecken dabei auf Tarnung setzen, versuchen die Schwarmmitglieder, ihre Gegner mit Hilfe von pflanzlichen Giften aus ihrer Nahrung abzuschrecken. Wie aber kann so ein Tier seine kulinarischen Vorlieben in ein paar Stunden komplett verändern? Dieser Frage sind Patrício Simões von der University of Cambridge in Großbritannien und seine Kollegen kürzlich nachgegangen. Zu ihrer Überraschung haben sie herausgefunden, dass Geschmack auch in Heuschreckenkreisen eine ganze Menge mit Lernen zu tun hat [1].

In ihren Experimenten haben die Forscher Wüstenheuschrecken beigebracht, Futter mit bestimmten Gerüchen in Verbindung zu bringen. Zitrusduft wies dabei auf einen nahrhaften Leckerbissen hin, Vanillearoma dagegen auf einen unverdaulichen Happen, der mit dem giftigen pflanzlichen Abwehrstoff Hyoscyamin präpariert war. Einzelgängerische Heuschrecken begriffen den Zusammenhang mühelos und mieden den Vanilleduft. Wenn sie dagegen kurz vor der Schwarmbildung standen, entwickelten sie keine solche Aversion – im Gegenteil: Das Giftmenü samt zugehörigem Duft wirkte plötzlich sogar attraktiv. Offenbar sind die Tiere in dieser Phase nicht in der Lage, aus negativen Erfahrungen zu lernen. "Sie erinnern sich deshalb nur an die positive Seite des Fressens und vergessen das unangenehm schmeckende Gift", erläutert Jeremy Niven von der University of Sussex, einer der Mitautoren der Studie.

Das aber erklärt, warum die Tiere plötzlich Giftpflanzen auf ihren Speiseplan setzen. Sie haben zwar die alten Erfahrungen aus ihrer Einzelgängerzeit nicht vergessen. Doch da die Nahrung inzwischen knapp geworden ist, geben sie den einst verschmähten Gewächsen trotzdem noch eine Chance. Und da sie von jedem dieser Menüs nur das Positive in Erinnerung behalten, trainieren sie sich den Widerwillen rasch ab. Der Übergang zum Schwarmleben wirkt sich also auch auf das Gedächtnis und das Lernvermögen der Tiere aus, so dass sie sich leichter auf die Herausforderungen ihres neuen Lebensstils einstellen können. "Dazu müssen die Heuschrecken nicht verstehen, was mit ihnen passiert", sagt Jeremy Niven. "Sie müssen nur fressen und entsprechende Assoziationen bilden."

Wer allerdings überhaupt keine negativen Erfahrungen mehr verarbeiten kann, lebt wahrscheinlich nicht lange. Daher beschränkt sich die Gedächtnisblockade der Heuschrecken auf eine kurze Zeit zu Beginn der Massenversammlung. Im voll ausgebildeten Schwarm erkennen die Tiere dann durchaus wieder, dass nicht jede Mahlzeit positiv zu bewerten ist. Während die Einzelgänger Aversionen gegen bestimmte Pflanzen in vier Stunden ausbilden, brauchen die Schwarmmitglieder dafür allerdings 24 Stunden. Das spricht nach Ansicht der Forscher dafür, dass die Tiere in dieser Phase nicht mehr spontan auf schlechten Geschmack reagieren. Sie warten vielmehr ab, ob sie die Mahlzeit vertragen und merken sich dann das Ergebnis dieses körperinternen Qualitätschecks.

Was tun gegen die Plage?

Die britischen Forscher hoffen, dass ihre Erkenntnisse eines Tages einen Beitrag zur besseren Bekämpfung der "biblischen Plage" leisten können. Nur wer die Gesetze der Schwärme versteht, kann schließlich auch ihre Schwachstellen erkennen und ausnutzen. Neue Ideen dazu wären dringend gefragt. Denn die bisher üblichen Bekämpfungsmethoden haben durchaus ihre Tücken. Traditionell haben Farmer versucht, die Schwärme und hüpfenden Kolonnen mit ganz einfachen Methoden in den Griff zu bekommen. Sie haben Insekten eingesammelt, vergraben und verbrannt oder wollten sie mit Lärm oder Rauch vertreiben. Angesichts der schieren Masse der Gegner hat das alles aber nicht wirklich viel genützt.

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Alt und jung | Wenn sich Wanderheuschrecken von Einzelgängern zum Massenschwarm wandeln, ändert sich auch ihr Äußeres: Während sie als Singles grün sind, sehen sie dann gelb-schwarz aus. Das Hormon Serotonin steuert dabei die Verhaltensänderung, wie Steve Rogers von der Cambridge University 2009 entdeckt hat.

Inzwischen wird der Kampf gegen die hungrigen Heere allerdings deutlich effektiver geführt. Die Welternährungsorganisation FAO hat eine eigene Heuschreckeninformationsstelle mit Sitz in Rom eingerichtet, die das Wetter, die ökologischen Bedingungen und das Aufkommen der Tiere in den betroffenen Ländern beobachtet und so eine Art Heuschreckenvorhersage für die kommenden Wochen erstellt. Das soll helfen, die Plage möglichst frühzeitig zu bekämpfen. Derzeit warnen die FAO-Experten zum Beispiel vor Wüstenheuschreckenvorkommen in Somalia und Äthiopien, die beobachtet werden sollten.

Die Beobachtung und Bekämpfung vor Ort übernehmen spezielle Heuschreckenstellen der einzelnen Staaten, einige dieser Einrichtungen wie etwa die "Desert Locust Control Organisation for East Africa" arbeiten auch länderübergreifend. Ist es zu einer echten Plage gekommen, benötigen die betroffenen Staaten beim Kampf gegen die gefräßigen Sechsbeiner oft auch Hilfe von außen. So hat das Landwirtschaftsministerium Madagaskars gemeinsam mit der FAO im vergangenen September ein Bekämpfungsprogramm gegen die Madagassische Wanderheuschrecke Locusta migratoria capito gestartet, die auf der Insel die Lebensgrundlage von rund 13 Millionen Menschen bedroht. Bis 2016 wollen die zuständigen Behörden daher insgesamt drei Bekämpfungsaktionen durchführen. Zum Einsatz kommen bei solchen Operationen oft konventionelle chemische Pestizide, die von Flugzeugen oder Fahrzeugen aus versprüht werden. Allerdings haben Wissenschaftler auch etliche Bekämpfungsmethoden auf biologischer Basis entwickelt.

Neue Strategien gegen alte Feinde

Schon vor einigen Jahren haben sie zum Beispiel einen Pilz namens Metarhizium acridum als Verbündeten rekrutiert. Der wächst auf der Oberfläche des Heuschreckenkörpers, dringt durch das Außenskelett der Tiere ein und zerstört ihre Gewebe von innen. Für Säugetiere und Vögel ist er dagegen nicht gefährlich. Das aus den Sporen dieser Pilze hergestellte Präparat, das in Afrika unter dem Namen "Green Muscle" und in Australien als "Green Guard" vertrieben wird, ist jedoch relativ teuer und wirkt nicht so schnell wie ein chemisches Insektenvernichtungsmittel. Es kann bis zu zwei Wochen dauern, bis es 90 Prozent der Heuschrecken getötet hat. Deshalb wird es vor allem für den Einsatz gegen die noch nicht flugfähigen Insekten empfohlen. Diesen Nachwuchsschwärmern kann man auch mit verschiedenen anderen Methoden zu Leibe rücken. Viel versprechende Ergebnisse haben Mitarbeiter des International Centre for Insect Physiology and Ecology in Nairobi zum Beispiel mit einer Verbindung namens Phenylacetonitril (PAN) erzielt. Dieser Signalstoff reguliert normalerweise das Schwarmverhalten der Heuschreckenmännchen und dient ihnen gleichzeitig als chemische Warnung an Rivalen. Die Forscher haben allerdings herausgefunden, dass die Substanz auch noch eine andere Wirkung hat: Sie stoppt die marschierenden Kolonnen der noch nicht flugfähigen Tiere und programmiert diese wieder auf Einzelgängerverhalten um.

Die Idee, das Schwarmverhalten zu manipulieren und Kollektivisten wieder in Individualisten zu verwandeln, ist dabei keine Erfindung menschlicher Schädlingsbekämpfer. Einzellige Parasiten der Art Paranosema locustae schaffen das schon deutlich länger. Diese Organismen siedeln sich im Verdauungstrakt verschiedener Heuschreckenarten an und breiten sich von dort aus im ganzen Körper der Tiere aus. Befallene Insekten bekommen dadurch eine ganze Reihe von Problemen. Bei Jungtieren ist die Entwicklung gestört, bei Erwachsenen die Fortpflanzung. Und auch mit der Fortbewegung klappt es nicht mehr so richtig. Vor allem aber unterbindet der Parasit drohende Massenversammlungen, indem er die Tiere wieder zu Einzelgängern macht. Wegen dieser Fähigkeit wird Paranosema locustae schon seit Jahren zur Heuschreckenbekämpfung eingesetzt.

Schwachpunkte gesucht

Wie der Einzeller dieses Manipulationskunststück zu Stande bringt, haben Wissenschaftler um Wangpeng Shi von der Chinesischen Landwirtschaftlichen Universität in Peking allerdings erst kürzlich herausgefunden [2]. Sie haben seine Auswirkungen auf die Orientalische Wanderheuschrecke Locusta migratoria manilensis untersucht, die immer wieder in zerstörerischen Horden über verschiedene Gebiete in China, in Südostasien und im Pazifikraum herfällt.

Der Trick des Parasiten besteht demnach vor allem darin, im Darm der Insekten ein saures Milieu zu schaffen. Dadurch hemmt er das Wachstum von bestimmten Darmbakterien, die Aggregationspheromone produzieren. Die Duftbotschaften im Kot, die für das Entstehen und den Zusammenhalt der Massenversammlungen so wichtig sind, fallen bei infizierten Heuschrecken dadurch deutlich schwächer aus. Gleichzeitig sinkt im Körper der befallenen Tiere auch die Konzentration der Botenstoffe Serotonin und Dopamin, die ebenfalls das Schwarmverhalten fördern.

Ein gefräßiges Kollektiv auf diesem Weg wieder in harmlose Einzeltiere zu zerlegen, ist für die Schädlingsbekämpfung eine durchaus reizvolle Idee. Und dank der neuen Erkenntnisse lässt sie sich künftig vielleicht auch noch effektiver umsetzen. Doch der Einsatz des Parasiten hat auch einen Haken. Denn Paranosema locustae befällt nicht nur die berüchtigten Schwarminsekten, sondern auch alle möglichen anderen Heuschreckenarten. Und das kann möglicherweise unerwünschte ökologische Folgen haben. So hat sich der von Schädlingsbekämpfern eingeführte Parasit bereits in der heimischen Heuschreckenfauna der argentinischen Pampa breitgemacht [3]. Argentinische Wissenschaftler fanden solche Infektionen dort bei 21 verschiedenen Arten. Und niemand kann bisher sagen, wie sich das auf die Populationen auswirken wird. Vor allem Arten, die in relativ kleinen Beständen nur im Verbreitungsgebiet des parasitischen Neuankömmlings leben, könnten nach Ansicht der Forscher Probleme bekommen.

Gesucht sind daher noch spezifischere Waffen, die möglichst nur gegen die gefräßigen Horden wirken. Im Fall der klassischen Wanderheuschrecke Locusta migratoria kann dabei ein Blick ins Erbgut weiterhelfen. Dessen vorläufige Sequenz von DNA-Bausteinen hat ein Team um Xianhui Wang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Mitte Januar veröffentlicht [4]. Die Forscher sind bei ihren Analysen nicht nur auf Gene gestoßen, die vermutlich für den Energiestoffwechsel und Entgiftungsprozesse wichtig sind und den Tieren so ihre Langstreckenflüge und ihre vielseitigen Pflanzenmenüs ermöglichen. Sie sehen auch einige hundert Erbinformationen, die interessante Ziele für neue Bekämpfungsmittel sein könnten. Der Kampf gegen die biblische Plage geht in eine neue Runde.

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