Wie Städte die Ausbreitung der Gefleckten Laternenfliege fördern

Heißer Asphalt, verschmutzte Luft und wiederholte Pestizidspritzungen wären für die meisten Insekten eine enorme Belastung. Gefleckte Laternenfliegen haben diese Bedingungen jedoch nicht nur überstanden, sondern sich auch über ein ganzes Land ausgebreitet.

Neue Genforschung der New York University (NYU) deutet darauf hin, dass das Leben in Städten dafür verantwortlich sein könnte. Urbane Räume bieten invasiven Insekten nicht lediglich einen Lebensraum. Sie können ihre Evolution aktiv beeinflussen.

In Städten sind Insekten extremer Hitze, chemischem Stress und ständigen Störungen ausgesetzt. Mit der Zeit können diese Belastungen Merkmale verstärken, die invasiven Arten beim Überleben helfen und es ihnen später ermöglichen, in neuen Gebieten erfolgreich zu gedeihen.

Gefleckte Laternenfliegen schädigen Nutzpflanzen

Die Gefleckte Laternenfliege, Lycorma delicatula, stammt aus China und Teilen Südasiens. In den vergangenen zehn Jahren haben sich Laternenfliegen im Nordosten der Vereinigten Staaten ausgebreitet und bilden in Städten sowie Vororten gewaltige Schwärme.

Weinberge, Obstplantagen und Wälder erleiden erhebliche Schäden; allein im Bundesstaat New York belaufen sich die wirtschaftlichen Verluste auf Millionen US-Dollar. Um diese schnelle Ausbreitung zu erklären, untersuchten Forschende mehrerer Institute die DNA der Laternenfliegen.

Fallon Meng ist Doktorand am Fachbereich Biologie der NYU und Erstautor der Studie.

„Städte können als evolutionäre Brutstätten wirken, die einer invasiven Art möglicherweise helfen, besser mit Belastungen wie Hitze und Pestiziden umzugehen, was wiederum ihre Anpassung an neue Umgebungen unterstützt“, sagte Meng.

Genetische Vielfalt der Gefleckten Laternenfliegen

Das Forschungsteam setzte Gesamtgenomsequenzierung ein, um Laternenfliegen aus städtischen und bewaldeten Gebieten in Shanghai, China, zu untersuchen. Zusätzlich wurden Proben aus New York City, New Jersey und Connecticut analysiert.

Die Genomanalyse ermöglichte es den Wissenschaftlern, den Verlauf der Invasion nachzuzeichnen und die genetische Vielfalt zu bestimmen.

Invasive Arten gelangen häufig durch kleine Gründergruppen in neue Regionen, etwa durch Eigelege, die an Transportkisten haften.

Solche Ereignisse verringern die genetische Vielfalt, was die Anpassungsfähigkeit normalerweise einschränkt. Dennoch gedeihen Laternenfliegen trotz geringer Diversität – ein seit Langem bekanntes Rätsel, das als genetisches Paradox invasiver Arten bezeichnet wird.

Der Vergleich der Genome bestätigte einen starken Verlust genetischer Vielfalt in der Population der Vereinigten Staaten. Laternenfliegen über große Entfernungen hinweg wiesen nahezu identische DNA auf, was auf eine ausgeprägte genetische Clusterbildung hindeutet.

„Wir stellten einen wirklich dramatischen Rückgang der genetischen Variation fest – die Laternenfliegen in den USA waren genetisch zu einer großen Population gebündelt –, aber trotz dieses Rückgangs passen sich die Laternenfliegen weiterhin an das lokale Klima an“, sagte Anthony Snead, Postdoktorand an der NYU und Mitautor der Studie.

Die begrenzte Vielfalt verhinderte die Anpassung nicht. Stattdessen konzentrierte sich die Selektion auf bestimmte Gene, die mit dem Überleben verbunden sind.

Chinesische Insekten bleiben ortsgebunden

Bei Laternenfliegen in China zeigte sich ein völlig anderes genetisches Bild. Städtische Populationen in Shanghai unterschieden sich genetisch von nahe gelegenen Waldpopulationen, selbst bei Entfernungen von nur wenigen Dutzend Kilometern.

Ihre begrenzte Flugfähigkeit erklärt dieses Muster teilweise. Laternenfliegen sind auf Wirtspflanzen wie den Götterbaum angewiesen und müssen häufig Nahrung aufnehmen, weshalb ihr Aktionsradius eingeschränkt bleibt.

„Laternenfliegen sind in ihrem ursprünglichen Verbreitungsgebiet sehr stark lokal gebunden. Sie können fliegen, bewegen sich aber meist nicht weit, weil sie auf bestimmte Wirtspflanzen wie den Götterbaum angewiesen sind und mit ihren stechenden Mundwerkzeugen fortlaufend Nahrung aufnehmen müssen“, sagte Meng.

Genetische Modellierungen ergaben drei große Populationsengpässe. Zwei davon stimmten mit bekannten Invasionsereignissen in Verbindung mit Südkorea und Pennsylvania überein.

Ein dritter Engpass trat vor mehr als 170 Jahren während des raschen Städtewachstums in Shanghai auf. Die Stadterweiterung setzte die Populationen der Laternenfliegen vermutlich neuen Belastungen aus und trieb ihre Anpassung bereits vor Beginn der weltweiten Ausbreitung voran.

Städte machten die Insekten widerstandsfähiger

Städtische Laternenfliegen trugen genetische Veränderungen, die mit Stressreaktionen, Stoffwechsel, Immunität und Entgiftung verbunden sind.

Diese Gene helfen Insekten, Hitze, Verschmutzung, Veränderungen der Nahrung und Pestizidbelastung zu überleben. Entgiftungsgene sind besonders wichtig, weil sie schädliche Chemikalien aus Pflanzen und Insektiziden abbauen.

Eine Genfamilie unterstützt den Abtransport von Giftstoffen aus Insektenzellen und verringert dadurch Schäden durch Pestizide. Auf diese Gene wirkte sowohl im urbanen China als auch in invasiven Populationen der Vereinigten Staaten Selektion ein, was auf eine frühe Vorbereitung auf raue Lebensräume hinweist.

Andere Gene beeinflussten den Energiehaushalt, die Funktion des Nervensystems und die Immunabwehr und unterstützten damit das Überleben in dicht besiedelten, belastenden Stadtumgebungen.

„Wir gehen davon aus, dass diese Unterschiede darauf hindeuten könnten, wie Laternenfliegen sich entwickelt haben, um in heißen, verschmutzten und stark pestizidbelasteten Städten zu überleben. Das könnte ihnen bei ihrer Ausbreitung helfen und künftig neue potenzielle Probleme bei der Bekämpfung verursachen“, sagte Meng.

Wie sich Gefleckte Laternenfliegen ausbreiten

Städtische Gebiete können Invasionen auf mehr Arten begünstigen als allein durch Transport. Städte weltweit weisen ähnliche Merkmale auf, darunter Wärmeinseln, Verschmutzung, künstliches Licht und den Einsatz von Chemikalien. Die Anpassung an eine Stadt kann einen Organismus auf viele weitere vorbereiten.

„Es ist interessant zu bedenken, dass unsere eigene städtische Infrastruktur Invasionen möglicherweise fördert – nicht nur, weil Menschen Organismen durch Handel transportieren, sondern auch, weil unsere Präsenz einen Organismus zur Anpassung veranlassen und ihm ermöglichen kann, invasiv zu werden“, sagte Snead.

Trotz schwerer genetischer Engpässe bewahrten Laternenfliegen Vielfalt in wichtigen Überlebensgenen. Die natürliche Selektion erhielt nützliche Merkmale, obwohl die Gesamtdiversität sank. Diese gezielte Anpassung erklärt mit, warum die Art in neuen Klimazonen so rasch erfolgreich ist.

Umgang mit urbanen Invasionen

Das Forschungsteam fordert, Städte in Schutzbemühungen als aktive Faktoren der Invasionsbiologie einzubeziehen. Die Überwachung von Eigelegen in urbanen Gebieten, wechselnde Pestizidstrategien und aktualisierte Risikokarten könnten die künftige Ausbreitung verlangsamen.

„In unserer zunehmend urbanen Welt sollten wir invasive Arten und Urbanisierung als miteinander verbundene Teile eines Ganzen untersuchen“, sagte Kristin Winchell, Biologieprofessorin an der NYU und leitende Autorin der Studie.

„Diese beiden wesentlichen Aspekte des globalen Wandels werden zu oft getrennt untersucht, doch ihre Auswirkungen können sich synergetisch und auf überraschende Weise verstärken, wie wir es hier bei der Gefleckten Laternenfliege sehen.“

Zu verstehen, wie Städte die Evolution prägen, könnte entscheidend sein, um künftige biologische Invasionen vorherzusagen und zu kontrollieren.