Eine Gruppe winziger Insekten - von denen es weltweit etwa 3200 Arten gibt - hat durch Veränderung der helmartigen Struktur auf ihrem Rücken eine Vielzahl außergewöhnlicher Formen entwickelt. Und das Accessoire dient nicht nur der Show: In einem kürzlich in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Artikel berichten die Forscher, dass die Struktur den sesshaften Pflanzenfressern eine "Superkraft" verleiht, die es ihnen ermöglicht, elektrische Felder zu erkennen, was ihnen vielleicht hilft, Freund und Feind zu unterscheiden.
Wie beim Menschen kann auch bei anderen Landlebewesen das Gleichgewicht zwischen positiven und negativen Ladungen gestört werden. Bei Insekten baut sich statische Elektrizität auf, wenn sie sich an Blättern oder Blüten reiben oder wenn sie mit den Flügeln in der Luft schlagen. Hummeln können Blumen anhand ihrer elektrischen Ladung unterscheiden, und Raupen ziehen sich zusammen, wenn sie das elektrische Feld von sich nähernden Wespen spüren. Aber ist dieser Sinn stark genug, um den Lauf der Evolution zu beeinflussen?
Daniel Robert, ein Biologe für Sinnesorgane an der Universität Bristol, war der Meinung, dass Zikaden ein vielversprechendes Beispiel für die Erforschung dieser Frage sind. Er stellte die Hypothese auf, dass sich die komplexe, barocke Struktur ihrer Helme zum Teil deshalb entwickelt hat, um ihre Sensibilität für Elektrizität zu verbessern, weil die extremen Strukturen - die Spitzen und langen Kanten - die Stärke des elektrischen Feldes um sie herum erhöhen.
Roberts damaliger Doktorand Sam England unternahm mehrere Reisen nach Costa Rica, um dies zu untersuchen. Die Zikaden dort und in anderen tropischen Gebieten sind besonders vielfältig. Als er 2019 mit der Feldarbeit begann, bestand die erste Herausforderung darin, die Insekten zu finden: Die meisten sind nur wenige Millimeter lang, und viele Arten sind getarnt. Wenn er sie hatte, schlich er sich mit einer Flasche an sie heran, aber dank ihrer Sprungkraft entkamen viele Dutzend, erinnert sich England, der jetzt als sensorischer Ökologe am Naturkundemuseum in Berlin arbeitet.
Nachdem er genügend Exemplare gesammelt hatte, untersuchte England, ob die Zikaden statische Elektrizität speichern. Er brachte die Insekten dazu, an einem Stück Holz entlangzulaufen, bis sie über einen ringförmigen Ladungssensor flogen oder sprangen, mit dem er ihre elektrische Ladung berechnen konnte. Die durchschnittliche Ladung von 151 Zikaden der 11 von ihm untersuchten Arten betrug 0,92 Pikokulombs. Wenn dies unbedeutend erscheint, dann ist es das auch. "Ein winziger, aber bedeutender Tropfen in dem riesigen elektrischen Ozean, in dem wir leben", sagt Robert.
Dann bewiesen sie in einem einfachen Experiment, dass Zikaden elektrische Felder wahrnehmen können. Die Engländer setzten 40 Zikaden auf einen Holzstab, der neben einer marmorgroßen Elektrode angebracht war. Wenn eines der Insekten die Spitze des Stocks erreichte, schaltete es die Elektrode ein. Neun der 20 Insekten zogen sich zurück, aber in einem Kontrollexperiment, bei dem die Elektrode nicht eingeschaltet war, krabbelten nur zwei herunter.
Die Zikaden haben eine für beide Seiten vorteilhafte Beziehung zu Ameisen und Bienen, die den Zikadennachwuchs im Austausch gegen Honigtropfen beschützen. England fragte sich, ob Zikaden diese Insekten mithilfe ihrer elektrischen Sensoren erkennen und von räuberischen Wespen unterscheiden könnten.
Um die Ladung von Wespen und Bienen zu messen, brachte England Ringsensoren an den Öffnungen ihrer Nester an. Die durchschnittliche Ladung von zwei Bienenarten war mehr als dreimal so hoch wie die der Zikaden. Noch größer war der Unterschied bei zwei Arten von Raubwespen, deren durchschnittliche Ladung mehr als achtmal so hoch war wie die der Zikaden. Die Unterschiede deuten darauf hin, dass Zikaden möglicherweise Wespen von Bienen unterscheiden können, obwohl viele Aspekte dieser Hypothese noch zu prüfen sind. Ein weiterer Anhaltspunkt könnte sein, dass Wespen eher negativ geladen sind, während Bienen eher positiv geladen sind.
England räumt ein, dass elektrische Felder nicht unbedingt ein starker sensorischer Reiz für Zikaden sind. Wahrscheinlich können sie elektrische Ladungen bis zu einer Entfernung von einigen Zentimetern wahrnehmen, aber für eine Zikade entspricht dies mehreren Körperlängen. "Es ist definitiv ein Vorteil, Raubtiere aus dieser Entfernung erkennen zu können", sagt England. Wahrscheinlich kombinieren Zikaden, wie die meisten Tiere, mehrere Informationen. Sie können einen sich nähernden Schatten wahrnehmen oder die Flügelschläge ihres Fressfeindes hören, und sie können auch elektrische Felder wahrnehmen.
"Die Ergebnisse sind überraschend und sehr aufregend", sagt Carlos Garcia-Robledo, ein Evolutionsökologe an der Universität von Connecticut, der nicht an der Forschung beteiligt war. "Es ist wirklich erstaunlich, dass dieses Team herausgefunden hat, wie diese winzigen Organismen in der Lage sein könnten, die Realität auf eine völlig andere Weise zu interpretieren.
England und Robert glauben nicht, dass die elektrische Wahrnehmung der Hauptgrund für die Evolution der Zikaden ist. Aber sie glauben, dass sie dazu beigetragen haben könnte, insbesondere bei Gruppen mit komplexen Strukturen, für die es keine klare Erklärung gibt. Ein Computermodell legt nahe, dass eine Zikade mit einem zwei Millimeter langen, mehrfach verzweigten Helm 100 Mal empfindlicher auf das elektrische Feld einer Wespe in einem Abstand von einem Zentimeter reagieren könnte als eine einfachere Zikade mit "Kopfbedeckung".
