Ein Leipziger Experiment zeigt, wie Pestizide dazu beitragen, resistente Schädlinge zu stärken

Vieles, was Menschen in ihrer Umwelt anrichten, passiert einfach schon deshalb, weil sie glauben, einfache Lösungen, möglichst hoch dosiert, würden ein Problem schnell bereinigen. Doch sie vergessen dabei zumeist, dass unsere Umwelt ein komplexes System ist, in dem alle Teile auf alle anderen reagieren. Forscher des Leipziger Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben jetzt mal die Sache mit den Pestiziden untersucht.

Das Ergebnis, zu dem sie dabei kamen, wird den großen Pestizid-Herstellern gar nicht gefallen. Denn eigentlich bestätigt es, was Umweltschützer schon lange sagen: Das Zeug erzeugt zwar eine immer stärkere und teurere Aufmunitionierung gegen ungeliebte Schädlinge. Am Ende aber schädigt es die Ökosysteme mehr als es nützt. Und tatsächlich stärken Pestizide sogar genau die Arten, die sie eigentlich bekämpfen sollen.

Oder mal positiv ausgedrückt mit den Worten aus dem UFZ selbst: “Eine vielfältige und artenreiche Agrarlandschaft nützt auch den Landwirten. Und zwar nicht nur, weil es dort reichlich blütenbestäubende Insekten, krabbelnde Schädlingsbekämpfer und andere nützliche Helfer gibt.”

Eigentlich hätte man sich das schon denken können – selbst nach den simplen Erkenntnissen, die früher in jedem Biologie-Buch standen. Ob das heute noch so ist, müssen die heutigen Lehrer und Schüler entscheiden. Denn tatsächlich führen Bauern, die Pestizide verspritzen, ja nur einen zusätzlichen Stressor in das örtliche Biotop ein – einen Stressor, der die heimischen Insekten, Tiere und Pflanzen genauso belastet wie die unerwünschten Schädlinge. Und je öfter und gründlicher sie es tun, umso besser werden die Chancen der angegriffenen Schädlinge, Resistenzen gegen das Gift zu erwerben. Das ist, als würde man eine gnadenlose Auslese der resistenten Schädlinge geradezu forcieren.

In artenreichen Lebensräumen gilt nämlich: Dort werden Schädlinge nicht so schnell resistent gegen chemische Bekämpfungsmittel.

Darüber haben die Leipziger Forscher jetzt im Fachjournal “Proceedings of the Royal Society B.” berichtet. Sie haben einfach mal ein bisschen nachgedacht über den Mechanismus, den Bauern weltweit damit auslösen, dass sie auf ihren Feldern die chemische Keule einsetzen. Immerhin häufen sich aus allen Himmelsrichtungen die Nachrichten, dass die chemischen Präparate scheinbar ihre Wirkung gegen die bekämpften Schädlinge einbüßen und immer mehr und immer stärkere Mittel trotzdem nur kurzzeitig helfen und wenig später gleich wieder die nächste Spirale ansetzt und die bekämpften Schädlinge resisent sind und fröhliche Beute halten.

Die anvisierten Arten entwickeln in rasantem Tempo Resistenzen gegen die verschiedenen Wirkstoffe. Oft genügt dazu eine einzige Veränderung im Erbgut der Organismen. So kennen Wissenschaftler weltweit mittlerweile mehr als 500 Plagegeister, die insgesamt 300 unterschiedlichen Insektiziden widerstehen können. Viele krankheitsübertragende Mücken trotzen den Bekämpfungsversuchen ebenso hartnäckig wie Kartoffelkäfer und andere Landwirtschaftsschädlinge.

Viel stärker haben dagegen andere Arten gelitten, die eigentlich gar nicht im Fadenkreuz standen, stellen die UFZ-Forscher das Grundproblem fest. Schließlich bleiben Schädlingsbekämpfungsmittel nicht nur auf dem Acker, sondern gelangen auch in angrenzende Feldraine, Wälder und Gewässer. Die dort lebenden Insekten aber entwickeln bei weitem nicht so starke Resistenzen.

Könnten sie eigentlich. Und in gewissem Maße tun sie es auch. Aber nicht ansatzweise in dem Ausmaß, mit dem sich die bekämpften Schädlinge anpassen. „Diese Arten werden im Laufe der Zeit vielleicht zwei- bis viermal unempfindlicher gegen das eingesetzte Pestizid”, sagt System-Ökotoxikologe Prof. Matthias Liess. Schädlinge dagegen schaffen es durchaus, zwischen zehn- und tausendmal resistenter zu werden.

Die Forscher wollten nun herausfinden, wie diese Diskrepanz zustande kommt. Denn die gibt ja zu denken. Sind die Urbewohner des Biotops einfach weniger anpassungsfähig? Sind sie gar den triumphierenden Schädlingen auf dem benachbarten Acker unterlegen?

Aber es ist viel interessanter. Und viel einfacher, wie die Leipziger Forscher jetzt zeigen konnten.

„Das ist sowohl für die Landwirtschaft als auch für den Naturschutz interessant”, betont Matthias Liess. Denn wer diese Prozesse besser verstehe, könne möglicherweise die Ausbreitung von Resistenzen bremsen. Dann könnten Schädlinge nicht nur wirksamer bekämpft werden, so Liess. Man bräuchte dazu auch weniger Pestizide, die für andere Arten gefährlich sind.

Die Fragen kann man unterschiedlich stellen. Etwa so: Was also macht ausgerechnet die Schädlinge zu so anpassungsfähigen Überlebenskünstlern? Oder sollte man doch noch früher ansetzen: Was macht Schädlinge eigentlich zu Schädlingen und so erfolgreich beim massenhaften Befall von Kulturen?

Die erste Feststellung der Wissenschaftler: Typischerweise handelt es sich um Organismen, die sehr schnell neue Lebensräume besiedeln und sich rasant vermehren können. Auf eine solche Massenvermehrung von Schädlingen folgt dann allerdings bald eine intensive Rivalität zwischen diesen Tieren. Denn massenhafter Schädlingsbefall bedeutet eben auch, dass nach dem großen Fressen massenhaft Schädlinge nichts mehr zu fressen haben. Dann fängt das Hauen und Stechen unter Artgenossen an. Und genau dieser Konkurrenzkampf könnte die Entwicklung von Resistenzen fördern.

Sie konkurrieren also nicht nur mit anderen Organismen, sondern noch viel stärker mit ihren eigenen Artgenossen, die es ja alle auf die selbe Beute abgesehen haben. Und in so einer Konkurrenz überlebt nur, wer widerstandsfähiger ist als die anderen.

Pestizide töten nicht nur einen Teil der Insekten, sie schwächen auch die Überlebenden.

„Das gilt allerdings nicht für resistente Tiere”, erklärt Biologe Jeremias Becker. „Die sind daher nun gegenüber ihren geschwächten Artgenossen im Vorteil und können ihnen wertvolle Ressourcen wegnehmen.” Bei starker Rivalität können resistente Schädlinge daher ihre empfindlichen Artgenossen schneller verdrängen. Was im Ergebnis heißt: Die resistenten Individuen überleben in größerer Zahl, die nichtresistenten werden weniger. Und dann vermehren sich die resistenten wieder …

Artenvielfalt am Ackerrand

Und der Blick über den Ackerrand hinaus zeigt die andere Seite: Die dort lebenden Insekten sind Teil einer vielfältigeren Gemeinschaft, in der sie auch noch andere Herausforderungen zu meistern haben. Räuber und konkurrierende Arten begrenzen die Vermehrung und damit die Rivalität innerhalb einer Art. Davon profitieren die nichtresistenten Tiere nach dem Motto „der Feind meines Feindes ist mein Freund”. In einer vielfältigen Gemeinschaft können resistente Tiere den Vorteil gegenüber ihren empfindlichen Artgenossen daher nicht so gut ausspielen, stellen die UFZ-Forscher etwas fest, was – wie erwähnt – ja auch im Biologie-Lehrbuch steht. Nur scheint man das in den großen Pestizid-Fabriken der Welt einfach auszublenden. Man tut einfach so, als sei das unwichtig, weil man doch nur Schädlinge “bekämpfen” will.

Aber Alles hängt mit Allem zusammen. Gerade in den noch funktionierenden, artenreichen Biotopen am Rande der monokulturellen Äcker.

„Dadurch könnte die Schere immer weiter aufgehen”, erklärt Matthias Liess. „Die Schädlinge auf dem Acker werden immer unempfindlicher gegen Pestizide, ihre Nachbarn in den Feldrainen oder Gewässern aber nicht.”

Das Ergebnis des Experiments, das den Denkansatz der UFZ-Forscher bestätigt

Ob ihre Theorie stimmt, haben die UFZ-Forscher in Laborversuchen mit der Mückenart Culex quinquefasciatus getestet. Die Verwandten der Gemeinen Stechmücke leben in den Tropen und Subtropen und übertragen dort für Mensch und Tier gefährliche Krankheiten von der Vogel-Malaria bis zum Westnil-Fieber.

„Im Labor kann man diese Tiere besonders gut halten”, erklärt Matthias Liess. „Deshalb verwendet man sie oft als Stellvertreter für andere Mückenarten.”

Zu Beginn des Versuchs schwammen in den Becken der Forscher jeweils 400 Larven dieser Tiere. Bei drei Vierteln davon enthielt das Erbgut eine oder sogar zwei Kopien eines Pestizid-Resistenzgens namens ace-lR. Das restliche Viertel musste ohne eine solche Erbinformation auskommen und war daher nicht resistent. Die einzelnen Populationen wurden regelmäßig mit dem Insektizid Chlorpyrifos behandelt und waren zusätzlich mit unterschiedlichen Lebensbedingungen konfrontiert. Vier von ihnen mussten ihr Becken mit Wasserflöhen teilen, die ihnen Konkurrenz machten. Bei vier weiteren haben die Forscher zweimal pro Woche zehn bis zwanzig Prozent der Larven herausgefangen, um den Einfluss von Fressfeinden zu simulieren. Die überlebenden Mücken in diesen Populationen lebten in einem Schlaraffenland, ohne sich mit anderen Organismen auseinandersetzen zu müssen. In den letzten vier Populationen durften sich die Insekten ungestört vermehren. Über sechs Mückengenerationen haben die Forscher dann jeweils beobachtet, wie sich die Häufigkeit des Resistenzgens veränderte – ein Prozess, den Biologen als „Mikro-Evolution” bezeichnen.

Den schnellsten Wandel erlebten dabei die Populationen ohne feindliche Arten. Bei ihnen stieg der Anteil der Mücken mit einem Resistenzgen im Laufe des Versuchs von 75 auf 95 Prozent an. „In diesen Populationen mussten sich die Tiere nur gegen die Konkurrenz aus den eigenen Reihen durchsetzen”, erklärt Matthias Liess. Vor allem, wenn die Ressourcen knapp werden, können dabei schon kleine Unterschiede im Erbgut entscheidende Vorteile bringen. Rivalität unter Artgenossen beschleunigt deshalb die Mikro-Evolution. Ganz anders sieht die Situation dagegen aus, wenn Konkurrenten anderer Arten wie die Wasserflöhe oder Fressfeinde wie die larvenfangenden Forscher ins Spiel kommen. In beiden Fällen breitete sich das Resistenz-Gen unter Pestizid-Einfluss deutlich langsamer in den Populationen aus.

Befand sich hingegen kein Insektizid im Wasser, sorgten die gleichen Mechanismen dafür, dass die Populationen ohne feindliche Arten ihr Resistenzgen auch schnell wieder verloren. Wenn sie gar nicht mit dem giftigen Präparat konfrontiert waren, brachte ihnen diese Erbeigenschaft schließlich keinen Nutzen, sondern nur Nachteile. Denn die Widerstandsfähigkeit hat ihren Preis. So müssen resistente Tiere zum Beispiel in zusätzliche Enzyme investieren, die das Pestizid abbauen können. Die dafür benötigte Energie aber fehlt dann für andere Aufgaben. Das führt zum Beispiel oft dazu, dass resistente Tiere schlechter wachsen. Bei starker Rivalität besaßen nach sechs Generationen daher statt 75 nur noch 40 Prozent der Mücken das Resistenzgen. Wasserflöhe oder Fressfeinde aber verzögerten auch diese Entwicklung. Tatsächlich scheinen solche zusätzlichen Herausforderungen also die Mikro-Evolution zu bremsen.

Fazit

Die Wissenschaftler vom Leipziger UFZ gehen davon aus, dass diese Effekte ein grundlegendes Prinzip darstellen und daher für alle Lebensräume und Arten gelten. „Möglicherweise lassen sich daraus neue Ansätze für die Schädlingsbekämpfung ableiten”, meint Matthias Liess.

Irgendwie plädiert er für die Ansiedlung von Konkurrenten der eigentlich bekämpften Schädlinge in der Feldwirtschaft. Sein Argument: So könne die Erhöhung der Biodiversität mit Konkurrenten und Räubern der Schadorganismen eine Resistenzbildung verringern. Wenn Schadorganismen auf Felder vorzudringen versuchen, könnte man sie daher leichter und mit geringem Pestizideinsatz in den Griff bekommen. „Ob das in der Praxis klappt, müsste allerdings erst noch untersucht werden”, betont Matthias Liess.

An Einem aber hat er keinen Zweifel: Artenvielfalt hat nicht nur große ökologische Vorteile. Sie erleichtert auch die Schädlingsbekämpfung. Aber Artenvielfalt erhöht man mit der Ansiedlung von Fresskonkurrenten allein nicht. Ein Grundproblem der modernen Landwirtschaft bleibt nach wie vor die exzessive Monokultur, die den Schädlingen ja geradezu ideale Fressbedingungen liefert. Und da wäre man auch wieder beim Problem des sächsischen Feldhasen, der durch Verlust artenreicher Rückzugsgebiete in den sächsischen Fluren ebenfalls einen Teil seines Überlebensraums verloren hat. Es wird keinen anderen Weg geben, als die Schaffung von artenreichen Biotopen in den monokulturell verarmten Ackerbauregionen des Freistaates. Sonst wird das Wettrüsten der Bauern gegen die resistenten Schädlinge mit einem Fiasko enden.