Lipid- und Verteidigungschemie von Collembolen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Schulz
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504384643

Collembolen (Springschwänze), die sich bereits vor ca. 450 Millionen Jahren von den Insekten trennten, zeigen eine ungewöhnliche Chemie ihrer Inhaltsstoffe, unterschiedlich zu der von Insekten. Ein Beispiel sind die ungewöhnlichen Lipide der äußeren Lipidschicht der Haut, die Epicuticula. Diese Lipide sind bei Gliedertieren von großer Bedeutung, da sie wesentlich an der Regulation des Wasserhaushalts beteiligt sind, aber auch durch ihre Zusammensetzung als chemisches Signal wirken können. Ihre Chemie und ihre biologische Funktion, z. B. als chemisches Signal, werden im Projekt untersucht. Während bei Insekten chemisch einfache Kohlenwasserstoffe dominieren, findet sich bei Collembolen eine komplexere Chemie mit einzigartigen Verbindungen wie langkettigen Terpenen, polymethyl-verzweigten Ester und Ethern und weitere zu identifizierenden Verbindungen. Im Rahmen des Projekts sollen diese Substanzen, die auf Grund der geringen Größe der Collembolen oftmals nur in geringen Mengen zu erhalten sind, durch massenspektrometrische und infrarotspektroskopische Verfahren und Synthesen in ihrer Struktur aufgeklärt werden. Durch die Etablierung von eigenen Zuchten ist ein verbesserter Zugang zu biologischem Material möglich. Diese Zuchten erlauben auch die Untersuchung von Biosynthesewegen nicht nur zu den Lipiden, sondern auch zu Wehrsubstanzen wie Alkaloiden, zusammen mit den vermehrt verfügbaren Genomen von Collembolen. Wehrsubstanzen und pheromonale Signalstoffe sollen ebenfalls untersucht werden, da sie mit den gleichen Verfahren analysiert werden können. Eine exemplarische Schlüsselverbindung für diese Untersuchungen ist das von uns identifizierte neuartige Diterpen Curviseton. Da es nur in äußerst geringen Mengen isolierbar ist, soll eine Synthese Material liefern und die Bestimmung der absoluten Konfiguration erlauben. Dadurch wird nachweisbar, ob und wie Curviseton als Signal wirkt. Wehrsubstanzen werden von einer Vielzahl von Collembolen als Verteidigungsmechanismus verwendet. Auch diese Verbindungen sind oftmals nur aus Springschwänzen bekannt. Einige Alkaloide wurden bereits gefunden und sollen durch Synthesen charakterisiert werden. Durch die Untersuchung weiterer Collembolen-Arten wird ein breiteres Bild über die Zusammensetzung der Epicuticula und der Wehr- und Signalstoffe erhalten, die Rückschlüsse auf die Evolution ihrer Chemie zulassen werden. Es lässt sich feststellen, wie weit chemische Verteidigungsstrategien in Collembolen verbreitet sind und welche Biosynthesewege verwendet werden. Um weitere Arten untersuchen zu können, wurde ein Netzwerk mit Biologen etabliert, die uns Material für die geplanten Arbeiten liefern können und auch weitere Funktionen der Collembolenstoffe untersuchen können. Dies hat auch grundlegende Bedeutung für das Verständnis der Ökologie dieser kleinen, aber für die Bodengesundheit wichtigen Gliedertiere, deren Chemie bisher kaum erforscht ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen