Chemical composition of volatiles from myrmecophytic and non-myrmecophytic Piper species with regard to ant behavior

Myrmekophyten bieten Nestraum und Futterkorperchen fur die sie bewohnenden Ameisen, welche im Gegenzug ihre Wirtspflanze vor Herbivorie, Pathogenen und Epiphyten beschutzen. Bei Verletzung des vegetativen Pflanzengewebes, etwa durch Herbivorie, werden fluchtige organische Verbindungen (VOC = volatile organic compounds) emittiert. Es wird davon ausgegangen, dass diese Duftstoffe verantwortlich fur das Verteidigungsverhalten der Ameisen sind. Bis jetzt ist allerdings wenig uber Identitat und Spezifitat dieser Verbindungen bekannt. Zur Untersuchung der auslosenden Faktoren des Verteidigungsmechanismus der Ameisen sowie der dabei wirkenden fluchtigen Verbindungen wurde die mutualistische Interaktion zwischen Piper (Piperaceae) und der sie bewohnenden Ameisenspezies Pheidole bicornis (Myrmicinae) als Modell herangezogen. In Feldexperimenten in Costa Rica wurde die Verhaltensreaktion von Ameisenkolonien der Wirtspflanzen Piper fimbriulatum, P. obliquum und P. sagittifolium auf Verletzungsdufte von angeschnittenen Stangelstuckchen von myrmekophytischen und sympatrisch vorkommenden nicht-myrmekophytischen Piper-Arten, sowie die Reaktion auf synthetische Einzelkomponenten und Mixturen getestet. Von allen getesteten Pflanzenarten wurden Verletzungsdufte gesammelt und mittels Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC/MS) untersucht. Die erhaltenen Duftprofile setzen sich hauptsachlich aus Mono- und Sesquiterpenen zusammen. Verletzungsdufte von myrmekophytischen Piper-Arten sind durch eine, im Vergleich zu nicht-myrmekophytischen Arten, hohere Zahl verschiedener Monoterpene, sowie durch das Vorhandensein von α-Terpinen, δ-3-Caren und einem unidentifizierten Monoterpen (MT 1060) charakterisiert. Trotz der signifikanten Unterschiede zwischen den Duftprofilen, reagieren die Ameisen gleichermasen auf angeschnittene Stangelstuckchen von Myrmekophyten und Nicht-Myrmekophyten. Aufgrund dieser Resultate kann darauf geschlossen werden, dass fur die Auslosung des Verteidigungsverhaltens der Ameisen keine fur Myrmekophyten spezifischen Duftstoffe erforderlich sind und dass Verbindungen, die ubiquitar in Piper-Stangeln vorkommen, an der Signalubertragung beteiligt sind. Wir gehen davon aus, dass α-Copaen und s-Caryophyllen eine tragende Rolle in der Kommunikation zwischen Pflanzen und Ameisen spielen, obwohl die Ameisen keine ausgepragten Reaktionen auf diese Einzelsubstanzen zeigen. Daraus schliesen wir, dass moglicherweise eine Kombination beider Substanzen erforderlich ist, beziehungsweise, dass Ameisen Geruche als Gesamtbouquet wahrnehmen und daher die Hintergrundinformation geringer konzentrierter Duftstoffe notig ist, um ein vollstandiges Verteidigungsverhalten auszulosen. Zusammenfassend kann davon ausgegangen werden, dass generelle Duftstoffe, die bei Verletzungen aller untersuchten Piper-Pflanzen abgegeben werden, das Verteidigungsverhalten auslosen. Dies deutet darauf hin, dass die verantwortlichen Verletzungsdufte moglicherweise bereits vor der Evolution von Myrmekophyten existiert haben und in weiterer Folge eine besondere Signalfunktion ubernommen haben.