Persistence monitoring and mechanisms of insecticide resistance in brown plant hopper (Nilaparvata lugens (Stål)), and its associated risk on mirid bugs, Cyrtorhinus lividipennis Reuter, in North India

Reis ist das Grundnahrungsmittel für Milliarden von Menschen, doch sein Anbau sieht sich einem ständigen, lautlosen Krieg gegen ein winziges, saftsauendes Insekt namens Brauner Zikade (Brown Planthopper) gegenüber. Dieser Schädling frisst nicht nur die Ernte; er entzieht der Pflanze ihr Lebenselixier und verbreitet tödliche Viren, die ganze Ernten vernichten können. Jahrzehntelang haben sich Landwirte auf chemische Spritzmittel verlassen, um diese Insekten in Schach zu halten. Doch die Natur hat eine Art, sich zu wehren. Genau wie Bakterien lernen können, Antibiotika zu überleben, können Insekten Abwehrmechanismen gegen die Gifte entwickeln, die dazu bestimmt sind, sie zu töten. Wenn eine Population von Schädlingen eine chemische Behandlung überlebt, geben die Überlebenden ihre widerstandsfähigen Eigenschaften an ihre Nachkommen weiter, was die Spritzmittel schließlich wirkungslos macht. Dieser Kreislauf zwingt Wissenschaftler dazu, ständig zu überwachen, wie resistent die Schädlinge werden, und die biologische Maschinerie im Inneren des Insekts zu verstehen, die es ihm ermöglicht, die Chemikalien zu entgiften.

Jenseits des Kampfes zwischen dem Landwirt und dem Schädling gibt es einen dritten Akteur in diesem Ökosystem: die Miridenlaus (Mirid Bug). Dieses kleine, räuberische Insekt ist ein natürlicher Feind der Braunen Zikade, die die Schädlinge jagt und frisst, um deren Bestände niedrig zu halten. Die Herausforderung der modernen Landwirtschaft besteht darin, eine chemische Waffe zu finden, die den Schädling tötet, ohne auch diesen hilfreichen Leibwächter zu töten. Wenn ein Spray eine zu breite Reichweite hat, vernichtet es die natürlichen Fressfeinde und lässt das Feld nach dem Nachlassen der chemischen Wirkung schutzlos zurück. Das Ziel ist es, ein Werkzeug zu finden, das präz genug ist, um den Schädling gezielt zu bekämpfen, während die nützlichen Insekten, die helfen, ein gesundes Feld aufrechtzuerhalten, verschont bleiben.

In einer kürzlich durchgeführten Studie in den wichtigsten Reisanbauregionen Nord- und Ostindiens setzten sich Forscher daran, den aktuellen Stand dieses Konflikts zu kartieren. Sie sammelten Braune Zikaden aus vier verschiedenen Standorten, darunter Bundesstaaten wie Punjab, Haryana und Odisha, um zu sehen, wie diese lokalen Populationen gegen die fünf am häufigsten verwendeten Insektizide heute bestehen. Das Team schaute nicht nur darauf, ob die Käfer starben; sie blickten in das Innere der Insekten, um zu sehen, welche biologischen Veränderungen stattfanden. Sie maßen die Aktivität von drei spezifischen Enzymen – spezialisierten Proteinen, die wie chemische Filter im Körper des Käfers wirken. Diese Enzyme, bekannt als Esterasen, Cytochrom P450 und Glutathion-S-Transferase, arbeiten daran, toxische Chemikalien abzubauen, bevor sie das Insekt töten können. Durch den Vergleich der Enzymwerte in wild gefangenen Käfern gegenüber einem Laborstamm, der nie Gift ausgesetzt war, konnten die Wissenschaftler genau bestimmen, wie die Schädlinge überlebten.

Die Ergebnisse zeichneten ein klares Bild eines Schädlings, der lernt, sich anzupassen. Die Studie ergab, dass die Populationen der Braunen Zikade in Indien eine moderate Resistenz gegen zwei weit verbreitete Chemikalien entwickelt hatten, nämlich Imidacloprid und Thiamethoxam. An einigen Standorten waren die Käfer bis zu siebzehnmal schwerer mit diesen Sprays zu töten als der Laborstamm. Die Resistenz gegen eine dritte Chemikalie, Fipronil, war geringer, aber dennoch vorhanden. Gegen zwei andere Chemikalien, Pymetrozin und Buprofezin, zeigten die Käfer jedoch die geringste Resistenz. Die Untersuchung der internen Biologie der Insekten enthüllte, dass diese Resistenz kein Zufall war. Die Käfer aus den resistentesten Gebieten hatten signifikant höhere Werte der entgiftenden Enzyme. Insbesondere die Aktivität des Enzyms Cytochrom P450 und der Esterasen war in den resistenten Populationen viel höher, was bestätigte, dass diese Insekten das Gift aktiv abbauten, bevor es ihnen schaden konnte. Die Studie fand auch heraus, dass die Resistenz gegen eine Chemikalie oft mit der Resistenz gegen eine andere einherging, was darauf hindeutete, dass die Käfer ein allgemeines Verteidigungssystem entwickelten und keinen spezifischen Schutzschild gegen nur eine Art von Spray.

Die Forscher wandten sich dann der Sicherheit der Miridenlaus zu. Sie testeten dieselben fünf Insektizide, um zu sehen, wie giftig sie für diesen nützlichen Räuber waren. Die Ergebnisse waren drastisch. Die Chemikalien, gegen die die Braune Zikade eine moderate Resistenz entwickelt hatte – Imidacloprid und Thiamethoxam –, waren auch am tödlichsten für die Miridenlaus. Bei Kontakt mit diesen Sprays erlitten die hilfreichen Räuber hohe Sterblichkeitsraten, was bedeutete, dass diese Chemikalien wahrscheinlich das natürliche Verteidigungssystem des Reisfeldes zerstören würden. Im Gegensatz dazu waren die Chemikalien, die für die Miridenlaus sicherer waren, Pymetrozin und Buprofezin. Diese beiden Substanzen waren weitaus weniger giftig für den Räuber, was es ihm ermöglichte, zu überleben, selbst wenn der Schädling bekämpft wurde.

Die Studie untersuchte auch, wie lange diese Chemikalien auf dem Feld wirksam blieben. Sie maßen die „persistente Toxizität“, also wie lange das Spray nach der Anwendung weiterhin Schädlinge tötete. Während einige Chemikalien wie Fipronil lange Zeit toxisch blieben, stellten die Forscher fest, dass Pymetrozin einen einzigartigen Vorteil bot. Es zeigte eine hohe anfängliche Fähigkeit, den Schädling zu töten, verweilte jedoch nicht mit derselben langfristigen Toxizität wie die anderen, was manchmal das Ökosystem über Wochen hinweg schädigen kann. Dieses Gleichgewicht deutet darauf hin, dass Pymetrozin ein wertvolles Werkzeug für Landwirte sein könnte. Es ist effektiv gegen den Schädling, es ist weniger wahrscheinlich, dass es durch das aktuelle Resistenzniveau auf dem Feld besiegt wird, und am wichtigsten ist, dass es die Miridenlaus verschont.

Diese Forschung unterstreicht einen entscheidenden Weg für den Reisanbau in Indien. Die Braune Zikade entwickelt sich weiter, und die ständige Verwendung derselben wenigen Chemikalien führt zu einer Situation, in der die Schädlinge schwerer zu bekämpfen sind und die hilfreichen Fressfeinde ausgelöscht werden. Die Studie legt nahe, dass Landwirte und Wissenschaftler ihre Werkzeuge rotieren müssen, indem sie Chemikalien wie Pymetrozin und Buprofezin verwenden, die weniger wahrscheinlich die natürlichen Feinde des Schädlings schädigen. Indem man versteht, welche spezifischen Enzyme die Schädlinge nutzen, um zu überleben, und Chemikalien wählt, die diese Abwehrmechanismen nicht auslösen oder die Räuber schädigen, ist es möglich, den Schädling zu bekämpfen, ohne das Ökosystem zu zerstören. Die Arbeit bestätigt, dass der Kampf zwar anhält, es aber spezifische Strategien gibt, die die Reisfelder produktiv halten und das natürliche Gleichgewicht bewahren können.