Wie Pflanzen sprechen

Prof.Dr. Wilhelm Boland vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena (Deutschland) untersucht, wie Pflanzen auf den Befall von Insekten „antworten“, und Tiere dazu bringen, sie zu schützen. Er ermöglichte am vergangenen Donnerstag am Centrum für Molekulare Biowissenschaften (CMBI) spannende Einblicke in dieses Forschungsgebiet.
Wie Pflanzen sprechen
Bild: Pflanzen müssen sich gegen viele Gefahren wappnen, denn davonlaufen können sie nicht.

Pflanzen sind in ihrem Lebensraum sowohl unter als auch über dem Erdboden einer Vielzahl von Feinden ausgesetzt, gegen die sie unterschiedliche Verteidigungsstrategien entwickelt haben.

 

Prof. Boland erklärt, dass sich allein ein Drittel der insgesamt ca. 1,5 Millionen bekannten, verschiedenen Insektenarten auf der Erde von Pflanzen ernähren, weshalb es eigentlich erstaunlich sei, dass Pflanzen bis heute überleben konnten. Geholfen haben dabei physikalische Barrieren wie Stacheln, Dornen oder Wachsschichten, aber auch chemische Abwehrstoffe zur direkten Verteidigung gegen Fraßfeinde. Pflanzen haben aber noch viel faszinierendere indirekte Methoden entwickelt, um sich zu wehren, so Prof. Boland.

 

Pflanzen senden SOS-Rufe

 

Manche Pflanzenarten besitzen Nektarien außerhalb des Blütenbereichs (= extraflorale Nektarien), meist auf oder in der Nähe ihrer Blätter. Fressen Schädlinge die Pflanze, produzieren diese Drüsen einen extrafloralen Nektar, der Nützlinge „zu Hilfe“ ruft, welche die Schädlinge fressen oder ihre Eier in sie ablegen. Hier spricht man von einer induzierten Abwehr, gegen die Fraßfreinde nicht so leicht resistent werden, erklärte Prof. Boland.

 

Pflanzen haben dazu eine Art von Sprache entwickelt, dessen Alphabet aus flüchtigen, organischen Verbindungen, sogenannten VOC´s (= engl. volatile organic compounts) besteht. Knabbert ein Insekt das Pflanzenblatt an, sendet dieses über mehrere Tage ein ganzes Spektrum von VOC´s aus.  Dieser SOS-Ruf kann von anderen, nicht befallenen Blättern und Pflanzen in der Nachbarschaft vermutlich über Rezeptoren vernommen werden und führt dort zur Produktion des extrafloralen Nektars und verschiedener VOC´s.

Der große Vorteil dieser „Sprache“ über die Luft wird offensichtlich, wenn man sich einen großen Efeubewuchs vorstellt: hier wäre ein Signal durch die Pflanze viel zu langsam und würde vor allem nicht bis zur Nachbarpflanze durchdringen. Schädlinge könnten sie in aller Ruhe verspeißen.

 

Mechanischer Wurm imitiert Raupenfraß

 

Um nun das Spektrum von VOC´s, das bei Beschädigung der Pflanze entsteht, im Labor zu messen, hat man in mehrere Blätter ein Loch geschnitten und sie unter eine Plastikglocke gelegt. Erstaunlicherweise produzierten die Blätter bei dieser einmaligen Verletzung keine VOC´s. Prof. Boland hat daher eine  Maschine konstruiert, den sog. MecWorm (mechanischen Wurm), die dem Blatt mit einer Nadel periodische, kleine Schäden zufügt, wie sie beim Raupenfraß entstehen. Ein bemerkenswertes Phänomen der Pflanzensprache ist, dass sich die Zusammensetztung dieses SOS-Signal (VOC´s) je nach Schädlingsbefall, Pflanzenart, ja sogar je nach Wetter und vielen anderen Faktoren stark verändert und andere Pflanzen dies differenzieren können. Die Tatsache, dass eine junge Pflanze anders riecht als die ältere, spiegelt die großen Variationen des VOC-Repertoirs wider.
In der Nacht  wird die Produktion der VOC´s allerdings eingestellt, da sie auf Zucker aus der Photosynthese angewiesen ist.

 

Mit dem MecWorm konnten Prof. Boland und seine Mitarbeiter den Einfluß genau dosierter Schäden auf die Produktion von VOC's und der damit assoziierten Gene untersuchen.  Der Vergleich mit den Folgen durch Raupenfraß zeigte, dass das Muster und die zeitliche Variation der VOC-Botenstoffe bei Insekt und Maschine sehr ähnlich sind. Prof. Boland erklärte, dass dabei ungefähr 6000 Pflanzengene aktiviert oder inaktivert werden – eine beeindruckende Zahl! Ca. ein Drittel dieser Gene wird aber nur beim Insektenfraß beeinflußt, was Prof. Boland auf chemische Gegenabwehrstoffe im Speichel Pflanzen-fressender Insekten zurückführte, die die Abwehrgene der Pflanzen wieder inaktivieren. Anders als bei MecWorm führte der Insekten-Fraß am Bißrand zu einer sofortigen Antwort, die im Detail noch nicht verstanden wird.

 

Pflanzenblätter können sich also nicht nur gegenseitig warnen, sie rekrutieren auch Nützlinge, um sich selbst zu schützen. Noch weiß man nicht genau, wie Pflanzen die so verschiedenartigen Warnsignale (VOC´s)  „verstehen“ können, wie also die Rezeptoren an den Blättern arbeiten, aber Prof. Boland gab uns einen faszinierenden Einblick in das komplexe chemische Wechselspiel von Pflanzen und Insekten.

 

 

(cmbi)