Not all isotopes make good geolocators: trophic transfer reveals contrasting geolocation potential in eastern spruce budworm

Wissenschaftler suchen schon lange nach einer Möglichkeit, festzustellen, wo ein Tier gewesen ist, indem sie lediglich dessen Körper betrachten. Die Idee beruht auf einer einfachen Wahrheit: Wasser, Boden und Luft enthalten an verschiedenen Orten einzigartige chemische Signaturen. Wenn Pflanzen das lokale Wasser trinken oder Nährstoffe aus dem lokalen Boden aufnehmen, absorbieren sie diese Signaturen. Tiere, die diese Pflanzen fressen, tragen dann dieselben chemischen Merkmale in ihrem eigenen Gewebe in sich. Durch die Messung dieser Merkmale können Forscher oft einen Insekten oder einem Vogel zu seinem Geburtsort oder seinem Migrationspfad zurückverfolgen. Diese Methode, bekannt als stabile Isotopen-Geolokalisierung, ist zu einem Standardwerkzeug für die Verfolgung von Wildtieren geworden, insbesondere für Kreaturen, die zu klein sind, um elektronische Sender zu tragen. Das gesamte Verfahren beruht jedoch auf einer kritischen Annahme: dass sich die chemischen Signale auf eine vorhersehbare, zuverlässige Weise von der Pflanze zum Tier bewegen. Wenn das Tier das Signal während der Verdauung seiner Nahrung zu stark verändert oder wenn das Signal im Prozess verloren geht, wird die Landkarte unbrauchbar.

Ein Forschungsteam setzte sich zum Ziel, diese Annahme am Beispiel des östlichen Fichtensprenglers zu testen, eines Nachtfalters, der sich von den Nadeln der Bäume in Ostkanada ernährt. Sie sammelte Motten und die Nadeln ihrer Wirtsbäume von bekannten Standorten in der gesamten Region. Im Labor untersuchten sie fünf verschiedene chemische Marker sowohl in den Nadeln als auch in den Motten, um zu sehen, wie gut jeder einzelne vom Baum zum Insekt transferiert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass nicht alle chemischen Marker gleich gut sind. Einige wurden mit bemerkenswerter Präzision übertragen, während andere fast vollständig versagten.

Die Studie ergab, dass zwei spezifische Marker sich als hervorragende Werkzeuge zur Verfolgung dieser Motten herausstellten. Ein Marker, der damit zusammenhängt, wie Schwefel in der Natur agiert, bewegte sich von den Baum-Nadeln zur Motte mit fast keiner Änderung seines Wertes. Er zeigte eine nahezu perfekte Übereinstimmung zwischen der Pflanze und dem Insekt, und da die Schwefelmuster in ganz Ostkanada bereits gut kartiert sind, bietet dieser Marker einen klaren Weg, um den Herkunftsort einer Motte genau zu bestimmen. Ein zweiter Marker, der das Alter der Gesteine im lokalen Boden widerspiegelt, schnitt ebenfalls gut ab. Obwohl einzelne Motten manchmal zu klein waren, um eine klare Messung zu liefern, kam das Signal aus den Gesteinen des Bodens deutlich hervor, wenn die Forscher Proben von mehreren Motten kombinierten, und stimmte mit der lokalen Geologie mit hoher Genauigkeit überein.

Ein weiterer Marker, der mit Stickstoff verbunden ist, wurde ebenfalls sehr getreu vom Baum zur Motte übertragen. Die Forscher beobachteten eine konsistente Verschiebung des Wertes, was bedeutet, dass sie genau vorhersagen konnten, wie der Körper der Motte das Signal der Pflanze veränderte. Dies macht ihn zu einem leistungsstarken Werkzeug, vorausgesetzt, Wissenschaftler können zuvor die Stickstoffmuster in den Bäumen in der Region kartieren. Die Studie deckte jedoch auch signifikante Einschränkungen auf. Ein auf Kohlenstoff basierender Marker zeigte nur eine moderate Verbindung zwischen der Pflanze und der Motte, mit zu viel Variation von einem Ort zum anderen, um für eine präzise Verfolgung nützlich zu sein. Am überraschendsten war, dass der auf Wasserstoff basierende Marker, der derzeit das am häufigsten verwendete Werkzeug zur Geolokalisierung von Insekten ist, sehr schlecht abschnitt. Die Wasserstoffwerte in den Motten standen in kaum einem Zusammenhang mit den Werten der Bäume, die sie fraßen, wobei die zufällige Variation so groß war, dass das Signal effektiv verloren ging.

Diese Erkenntnisse stellen die Vorstellung infrage, dass ein chemischer Marker an sich gut oder schlecht für die Verfolgung von Tieren ist. Stattdessen zeigt die Studie, dass die Nützlichkeit eines Markers von einer komplexen Mischung aus Faktoren abhängt: wie die Umgebung die Chemikalie verteilt, wie die Pflanze sie absorbiert und wie das Tier sie verarbeitet. Für den östlichen Fichtensprengler bieten Schwefel und Strontium eine zuverlässige Karte, während Wasserstoff trotz seiner Popularität keine Geschichte erzählt. Dies bedeutet, dass Wissenschaftler nicht einfach eine Standardliste von Markern auf jede Spezies anwenden können. Um ein Tier genau zu verfolgen, müssen Forscher zuerst verstehen, wie dieses spezifische Tier mit der Chemie seiner lokalen Nahrung und Umgebung interagiert.