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), eine Schwesterklasse der Insekten, zeigen eine ungewöhnliche Chemie ihrer Inhaltsstoffe, die sich oft von denen der Insekten unterscheidet. Besonderes Interesse erwecken die ungewöhnlichen Stoffe, aus denen die äußerste Lipidschicht der Haut, die Kutikula, aufgebaut ist. Diese Lipidschicht ist bei Gliedertieren von besonderer Bedeutung, da sie mit ihren hydrophoben Eigenschaften wesentlich an der Regulation des Wasserhaushalts beteiligt ist, aber auch durch ihre Zusammensetzung als chemisches Signal Information übertragen kann. Während bei Insekten chemisch relativ einfache Kohlenwasserstoffe dominieren, findet sich bei Collembolen eine deutlich komplexere Chemie mit vielen einzigartigen und neuen Verbindungen. Diese können langkettige Terpene, polymethyl-verzweigte Ester und weitere bisher unbekannte Verbindungstypen sein. Im Rahmen des Projekts sollen diese Verbindungen, die auf Grund der geringen Größe der Collembolen oftmals nur in geringen Mengen zu erhalten sind, durch massenspektrometrische und infrarotspektroskopische Verfahren sowie Mikroderivatisierungen von Extrakten in ihrer Struktur aufgeklärt werden. Um die Strukturzuordnung zu verifizieren, sollen ausgewählte Schlüsselverbindungen wie aromatische oder verzweigte Terpene oder hochverzweigte Ester synthetisiert werden, was zum Teil längere, komplexe Synthesen erfordert. Während die Strukturen einiger Zielsubstanzen von uns hier vorgeschlagen wurden, soll durch die Untersuchung weiterer Collembolen-Arten ein breiteres Bild über die Zusammensetzung der Epicuticula erhalten werden. Dies lässt im Vergleich zu Insekten und zu den von uns unabhängig untersuchten Spinnentieren Rückschlüsse auf die Evolution der Chemie der Lipidschicht von Gliedertieren zu. Um weitere Collembolen-Arten untersuchen zu können, wurde ein Netzwerk mit Biologen etabliert, die uns Collembolen für die geplanten Analysen liefern können. Wehrsubstanzen werden von einer Vielzahl von Collembolen als zusätzlicher Verteidigunsmechanismus neben der Sprunggabel verwendet. Auch diese Verbindungen sind oftmals nur aus Springschwänzen bekannt. Neben den Cuticularextrakten lassen sich mit vorhandenen oder neu erhaltenen Material auch Extrakte gewinnen, die polarere Sekundärmetabolite enthalten. Im Rahmen der Untersuchungen sollen diese ebenfalls analysiert werden. Einige Alkaloide wurden bereits gefunden und sollen durch Synthesen charakterisiert werden. Durch die Untersuchung weiterer Arten lässt sich feststellen, wie weit chemische Verteidigungsstrategien in Collembolen verbreitet sind und welche Biosynthesewege verwendet werden. Dies hat auch grundlegende Bedeutung für das Verständnis der Ökologie dieser kleinen, aber wichtigen Gliedertiere. Da die Kutikula der Springschwänze extrem wasserabweisend ist, sollen die synthetisierten Verbindungen auf ihre hydrophoben Eigenschaften hin untersucht werden. Die antimikrobielle Wirkung der Wehrsubstanzen wird ebenso evaluiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartner: Professor Dr. Matty P. Berg